Учебное пособие: Полупроводниковые диоды

,(1.1)

где І0 – обратный ток насыщения р-n перехода, определяемый физическими свойствами полупроводникового материала;

U – напряжение, приложенное к р-n переходу;

е - основание натуральных логарифмов;

q – заряд электрона;

k – постоянная Больцмана;

Т – абсолютная температура р-n перехода

–температурный потенциал, при комнатной температуре равный примерно 0,025 В.

Формула (1.1) пригодна как для прямых, так и обратных напряжений, при этом прямое напряжение считается положительным, обратное – отрицательным. В таблице 1.1. приведены данные, показывающие изменение прямого (Iпр) и обратного (Iоб) тока через переход при разных величинах приложенного внешнего напряжения.

Таблица 1.1

Токи приведены в значениях, относительных обратного тока I0. Расчет проводился по формуле (1.1).

Из таблицы и формулы (1.1) следует, что при положительных (прямых) напряжениях ток через р-n переход с увеличением напряжения резко возрастает, поэтому

, (1.2)

При отрицательных (обратных) напряжениях показатель степени числа е – отрицательный. Поэтому при увеличении обратного напряжения величина

, (1.3)

т.е. обратный ток равен току насыщения и в определенных пределах остается величиной практически постоянной. Обычно ток І0 имеет величину порядка микроампер.

Р-п переход представляет собой нелинейный элемент. У него не только явно выраженная неодинаковая проводимость при прямом и обратном напряжении, но и явная нелинейность прямой ветви ВАХ. Ее можно описать статическим и дифференциальным (динамическим) сопротивлениями. Дифференциальное сопротивление (rд) находится путем дифференцирования ВАХ, что с учетом (1.2) приводит к выражению:

(1.4)

Динамическое сопротивление может быть определено графически как котангенс угла между касательной в рассматриваемой точке ВАХ и осью абсцисс (штриховая линия на рисунке 1.4. с углом наклона β):

(1.5)

где DU и DI – конечные приращения напряжения и тока вблизи рабочей точки;

ти и mI – масштабы осей напряжения и тока.

Статическое сопротивление (Rст) численно равно отношению напряжения на элементе U к протекающему через него току I. Это сопротивление равно котангенсу угла наклона прямой, проведенной из начала координат через заданную рабочую точку ВАХ, к оси абсцисс:

(1.6)

В зависимости от того, на каком участке ВАХ расположена заданная рабочая точка, значение RСТ может быть меньше, равно или больше значения rд. Однако RСТ всегда положительно, в то время как rд может быть и отрицательным, как, например, в случае туннельного диода.

Падение напряжения на прямой ветви ВАХ перехода могут быть определены аналитически:

. (1.7)

Диоды. Основные свойства

Полупроводниковый диод – это полупроводниковый прибор с одним выпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами.

В качестве выпрямляющего электрического перехода используется электронно-дырочный р-п переход, разделяющий р и nобласти кристалла полупроводника, который был рассмотрен выше. По существу, к р - и nобластям кристалла привариваются или припаиваются металлические выводы, и вся система заключается в металлический, металлокерамический, стеклянный или пластмассовый корпус. Поэтому основные характеристики и параметры диода определяются свойствами перехода. Прежде всего, это его выпрямляющие свойства.