 |
В. Модели идеализированного и реального p-n-переходов в динамическом режиме работы
|
|
|
|
В динамическом режиме работы важную роль играют дифференциальное сопротивление и ёмкость p-n-перехода.
Дифференциальное сопротивление 
представляет собой величину, обратную крутизне вольтамперной характеристики p-n-перехода. Для идеализированного p-n-перехода, преобразуя формулу (2.1) к виду
получаем выражение
а для реального p-n-перехода из преобразованной формулы (2.5)
− выражение
При 
дифференциальное сопротивление больше статического, при 
имеет место обратное соотношение (рис. 2.7).
Границами обеднённого слоя являются равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды 
ионов акцепторов и доноров. Между границами существует разность потенциалов 
или иначе потенциальный барьер. Поэтому по определению эта область p-n-перехода обладает ёмкостью, называемой барьерной:
Здесь 
− значение барьерной ёмкости при 
, 
− контактная разность потенциалов, которую можно принять равной 
, 
для резкого p-n-перехода и 
для плавного p-n-перехода.
Рис. 2.7. Сравнительные характеристики статического и дифференциального сопротивлений
Кроме того, в реальном p-n-переходе в p- и n-областях имеются движущиеся заряды, а на сопротивлениях 
и 
имеет место падение напряжения. Следовательно, существует ещё одна ёмкость, называемая диффузионной, так как заряды движутся благодаря диффузии:
где 
− амплитудно-частотная характеристика, 
− время жизни неравновесных неосновных носителей заряда, 
− время жизни носителей, инжектированных в p- и n-области (базу диода).
Сумма барьерной и диффузионных емкостей составляют ёмкость p-n-перехода 
.
Несмотря на то, что ёмкости образованы в разных частях p-n-перехода, в эквивалентной схеме они объединены в одну, параллельную идеальному диоду (рис. 2.8 а).
|
|
|
Реальный диод как конструктивный элемент схемы обладает паразитной ёмкостью корпуса и паразитной индуктивностью выводов. В диапазоне высоких частот паразитной индуктивностью можно пренебречь (рис. 2.8 б), а диапазоне сверхвысоких частот (свч) необходимо учитывать оба паразитных элемента (рис. 2.9).
Рис. 2.8. Эквивалентные схемы реального p-n-перехода (а) и полупроводникового диода (б) в динамическом режиме работы (диапазон высоких частот)
Рис. 2.9. Эквивалентная схема реального полупроводникового диода в динамическом режиме работы (диапазон свч)
Графический метод расчёта рабочей точки полупроводникового диода в статическом режиме
Типовая принципиальная электрическая схема включения полупроводникового диода в цепь постоянного тока приведена на рис. 2.10 а. Требуется найти ток в цепи и напряжения на диоде 
и сопротивлении нагрузки 
, иначе говоря, требуется найти рабочую точку диода.
Рис. 2.10. Простейшая схема цепи с полупроводниковым диодом
Для решения поставленной задачи должны быть заданы исходные параметры: 
и ВАХ полупроводникового диода 
, заданная графически (рис. 2.10 б) или с помощью уравнения (2.5).
По первому закону Кирхгофа составим уравнение электрической цепи
где 
– напряжение на реальном диоде, 
– напряжение на нагрузке, 
– величина эдс.
Ток нагрузки можно рассчитать по закону Ома
Так как общим элементом цепи является ток, то должно выполняться условие
Чтобы рассчитать рабочую точку, требуется найти корень уравнения
Первое слагаемое представляет собой нелинейную ВАХ полупроводникового диода, а второе – есть линейное уравнение.
Графическое решение уравнения (2.16) приведено на рис. 2.10 б. Однако оно не обеспечивает требуемую точность и поэтому необходимо получать решение уравнения (2.16) численным методом.
|
|
|
|
|
|
12 |
