Курсовая работа: Расчет измерительных преобразователей. Полупроводниковый диод

Дополнительные переходы также должны выполняться с резкой границей, что позволит им также переходить в режим паразитной проводимости.

В отличии от существующей теории мы рассматриваем векторы напряженностей, а не разностей потенциалов. Это оказывается решающим фактором для независимого анализа группы параллельных диодов, поскольку появляются участки с противоположным направлением напряженности. На рис. 35 схематично изображен ДЕ, в котором дополнительные переходы объединены в один. Теперь анализ работы ДЕ распадается на несколько частей: состояние основного и дополнительного переходов, а также включения или выключения паразитных режимов. Число сочетаний режимов 4-х диодов становится большим, поэтому анализ работы диода проводим раздельно.

Рисунок 35 - Схематическое представление ДЕ.

Введем признаки принадлежности параметров тому или иному диоду: параметры паразитных диодов будем отмечать точкой вверху, что позволит нам сохранить обозначения без индексов для нормального диода основного перехода.

В исходном состоянии замыкание внешних выводов ДЕ приводит к глубокому запиранию обоих переходов (рис.4), что означает включение паразитных диодов. Приложив внешнее прямое напряжение, мы еще сильнее открываем диод , но запираем диод , приближая основной переход к открыванию. Именно в этот момент происходят самые любопытные процессы. Поэтому целесообразно дальнейшее рассмотрение сосредоточить на этой фазе переключения основного перехода.

На рисунке 36 показаны ВАХ диодов основного перехода.

Рис. 36. Вольтамперные характеристики нормального (1) и паразитного (2) диодов основного перехода.

В момент достижения напряжения пятки Ud= UП паразитный диод закрывается. Одновременно открывается нормальный диод и на участке кривой 2, помеченном пунктирной линией, их токи будут вычитаться, что и приводит к появлению горба результирующей ВАХ (рис.37). Рост тока нормального диода приводит к еще одному нюансу, а именно – к появлению положительной обратной связи. Она создается за счет падения напряжения на ширине перехода протекающим током и, суммируясь с исходной разностью потенциалов ∆φ , заметно повышает крутизну ветви 1. поэтому результирующая ВАХ (рис. 4) представляет собой не просто разность токов двух диодов (участок АБ), а еще и некоторое усиление ее.

Рисунок 37 - Результирующая ВАХ диода Есаки.

Нагрузочная линия задает наклон переключения рабочей точки диода. В прямом направлении переключение показано стрелкой из точки А, в обратном – выбор происходит автоматически в момент равенства динамического сопротивления диодов.

Ток паразитного диода выражается аналогично обычному диоду и для прямого смещения запишем

(1),

где a- коэффициент, характеризующий долю поперечного сечения канала, перешедшую к паразитному диоду;

b- коэффициент, характеризующий разность потенциалов на переходе паразитного диода относительно – основного .

Динамическое сопротивление паразитного диода определяем дифференцированием

(2).

Модификации диода Есаки.

Степень легирования крайних зон ДЕ определяет, насколько открыты паразитные диоды при нуле входного напряжения. Для изменения величины

свобода есть только в перепаде потенциалов дополнительных переходов . Как изменится результирующая ВАХ диода? С уменьшением кривая 2 на рис. 3 сдвигается вниз и влево, уменьшая пиковое значение тока. Горб на результирующей ВАХ уменьшается и может исчезнуть (рис. 38). Этот вариант ДЕ получил название обращенный диод, поскольку для малых напряжений прямая ветвь ВАХ может использоваться в качестве обратной.

Рисунок 38 - Вольтамперная характеристика обращенного диода.

Если наряду со снижением разности потенциалов дополнительного перехода выполнить его несколько более широким, паразитный диод перестанет открываться и станет похожим на обычный, но только до некоторого значения обратного напряжения, называемого напряжением пробоя. Обратная ветвь такого диода сдвигается влево, как показано на рисунке 39.

Рисунок 39 – Вольтамперная характеристика стабилитрона.

Этот вид пробоя назван зенеровским (по другой транскрипции ценеровским) по имени немецкого физика Zener, впервые обнаружившего это явление.