Принцип работы диода

Принцип работы диода. Вольт-амперная характеристика. Пробои p-n перехода.

05 Июн 2013г | Раздел: Радио для дома

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. В первой части статьи мы с Вами разобрались, что такое полупроводник и как возникает в нем ток. Сегодня мы продолжим начатую тему и поговорим о принципе работы полупроводниковых диодов.

Диод – это полупроводниковый прибор с одним p-n переходом, имеющий два вывода (анод и катод), и предназначенный для выпрямления, детектирования, стабилизации, модуляции, ограничения и преобразования электрических сигналов.

По своему функциональному назначению диоды подразделяются на выпрямительные, универсальные, импульсные, СВЧ-диоды, стабилитроны, варикапы, переключающие, туннельные диоды и т.д.

Теоретически мы знаем, что диод в одну сторону пропускает ток, а в другую нет. Но как, и каким образом он это делает, знают и понимают не многие.

Схематично диод можно представить в виде кристалла состоящего из двух полупроводников (областей). Одна область кристалла обладает проводимостью p-типа, а другая — проводимостью n-типа.

На рисунке дырки, преобладающие в области p-типа, условно изображены красными кружками, а электроны, преобладающие в области n-типа — синими. Эти две области являются электродами диода анодом и катодом:

Анод – положительный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются дырки.

Катод – отрицательный электрод диода, в котором основными носителями заряда являются электроны.

На внешние поверхности областей нанесены контактные металлические слои, к которым припаяны проволочные выводы электродов диода. Такой прибор может находиться только в одном из двух состояний:

1. Открытое – когда он хорошо проводит ток;
2. Закрытое – когда он плохо проводит ток.

Прямое включение диода. Прямой ток.

Если к электродам диода подключить источник постоянного напряжения: на вывод анода «плюс» а на вывод катода «минус», то диод окажется в открытом состоянии и через него потечет ток, величина которого будет зависеть от приложенного напряжения и свойств диода.

При такой полярности подключения электроны из области n-типа устремятся навстречу дыркам в область p-типа, а дырки из области p-типа двинутся навстречу электронам в область n-типа. На границе раздела областей, называемой электронно-дырочным или p-n переходом, они встретятся, где происходит их взаимное поглощение или рекомбинация.

Например. Oсновные носители заряда в области n-типа электроны, преодолевая p-n переход попадают в дырочную область p-типа, в которой они становятся неосновными. Ставшие неосновными, электроны будут поглощаться основными носителями в дырочной области – дырками. Таким же образом дырки, попадая в электронную область n-типа становятся неосновными носителями заряда в этой области, и будут также поглощаться основными носителями – электронами.

Контакт диода, соединенный с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения будет отдавать области n-типа практически неограниченное количество электронов, пополняя убывание электронов в этой области. А контакт, соединенный с положительным полюсом источника напряжения, способен принять из области p-типа такое же количество электронов, благодаря чему восстанавливается концентрация дырок в области p-типа. Таким образом, проводимость p-n перехода станет большой и сопротивление току будет мало, а значит, через диод будет течь ток, называемый прямым током диода Iпр.

Обратное включение диода. Обратный ток.

Поменяем полярность источника постоянного напряжения – диод окажется в закрытом состоянии.

В этом случае электроны в области n-типа станут перемещаться к положительному полюсу источника питания, отдаляясь от p-n перехода, и дырки, в области p-типа, также будут отдаляться от p-n перехода, перемещаясь к отрицательному полюсу источника питания. В результате граница областей как бы расширится, отчего образуется зона обедненная дырками и электронами, которая будет оказывать току большое сопротивление.

Но, так как в каждой из областей диода присутствуют неосновные носители заряда, то небольшой обмен электронами и дырками между областями происходить все же будет. Поэтому через диод будет протекать ток во много раз меньший, чем прямой, и такой ток называют обратным током диода (Iобр). Как правило, на практике, обратным током p-n перехода пренебрегают, и отсюда получается вывод, что p-n переход обладает только односторонней проводимостью.

Прямое и обратное напряжение диода.

Напряжение, при котором диод открывается и через него идет прямой ток называют прямым (Uпр), а напряжение обратной полярности, при котором диод закрывается и через него идет обратный ток называют обратным (Uобр).

При прямом напряжении (Uпр) сопротивление диода не превышает и нескольких десятков Ом, зато при обратном напряжении (Uобр) сопротивление возрастает до нескольких десятков, сотен и даже тысяч килоом. В этом не трудно убедиться, если измерить обратное сопротивление диода омметром.

Сопротивление p-n перехода диода величина не постоянная и зависит от прямого напряжения (Uпр), которое подается на диод. Чем больше это напряжение, тем меньшее сопротивление оказывает p-n переход, тем больший прямой ток Iпр течет через диод. В закрытом состоянии на диоде падает практически все напряжение, следовательно, обратный ток, проходящий через него мал, а сопротивление p-n перехода велико.

Например. Если включить диод в цепь переменного тока, то он будет открываться при положительных полупериодах на аноде, свободно пропуская прямой ток (Iпр), и закрываться при отрицательных полупериодах на аноде, почти не пропуская ток противоположного направления – обратный ток (Iобр). Эти свойства диодов используют для преобразования переменного тока в постоянный, и такие диоды называют выпрямительными.

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

Зависимость тока, проходящего через p-n переход, от величины и полярности приложенного к нему напряжения изображают в виде кривой, называемой вольт-амперной характеристикой диода.

На графике ниже изображена такая кривая. По вертикальной оси в верхней части обозначены значения прямого тока (Iпр), а в нижней части — обратного тока (Iобр).
По горизонтальной оси в правой части обозначены значения прямого напряжения Uпр, а в левой части – обратного напряжения (Uобр).

Вольт-амперная характеристика состоит как бы из двух ветвей: прямая ветвь, в правой верхней части, соответствует прямому (пропускному) току через диод, и обратная ветвь, в левой нижней части, соответствующая обратному (закрытому) току через диод.

Прямая ветвь идет круто вверх, прижимаясь к вертикальной оси, и характеризует быстрый рост прямого тока через диод с увеличением прямого напряжения.
Обратная ветвь идет почти параллельно горизонтальной оси и характеризует медленный рост обратного тока. Чем круче к вертикальной оси прямая ветвь и чем ближе к горизонтальной обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. Наличие небольшого обратного тока является недостатком диодов. Из кривой вольт-амперной характеристики видно, что прямой ток диода (Iпр) в сотни раз больше обратного тока (Iобр).

При увеличении прямого напряжения через p-n переход ток вначале возрастает медленно, а затем начинается участок быстрого нарастания тока. Это объясняется тем, что германиевый диод открывается и начинает проводить ток при прямом напряжении 0,1 – 0,2В, а кремниевый при 0,5 – 0,6В.

Например. При прямом напряжении Uпр = 0,5В прямой ток Iпр равен 50mA (точка «а» на графике), а уже при напряжении Uпр = 1В ток возрастает до 150mA (точка «б» на графике).

Но такое увеличение тока приводит к нагреванию молекулы полупроводника. И если количество выделяемого тепла будет больше отводимого от кристалла естественным путем, либо с помощью специальных устройств охлаждения (радиаторы), то в молекуле проводника могут произойти необратимые изменения вплоть до разрушения кристаллической решетки. Поэтому прямой ток p-n перехода ограничивают на уровне, исключающем перегрев полупроводниковой структуры. Для этого используют ограничительный резистор, включенный последовательно с диодом.

Читайте также  Требования к садовому дому для признания его жилым

У полупроводниковых диодов величина прямого напряжения Uпр при всех значениях рабочих токов не превышает:
для германиевых — 1В;
для кремниевых — 1,5В.

При увеличении обратного напряжения (Uобр), приложенного к p-n переходу, ток увеличивается незначительно, о чем говорит обратная ветвь вольтамперной характеристики.
Например. Возьмем диод с параметрами: Uобр max = 100В, Iобр max = 0,5 mA, где:

Uобр max – максимальное постоянное обратное напряжение, В;
Iобр max – максимальный обратный ток, мкА.

При постепенном увеличении обратного напряжения до значения 100В видно, как незначительно растет обратный ток (точка «в» на графике). Но при дальнейшем увеличении напряжения, свыше максимального, на которое рассчитан p-n переход диода, происходит резкое увеличение обратного тока (пунктирная линия), нагрев кристалла полупроводника и, как следствие, наступает пробой p-n перехода.

Пробои p-n перехода.

Пробоем p-n перехода называется явление резкого увеличения обратного тока при достижении обратным напряжением определенного критического значения. Различают электрический и тепловой пробои p-n перехода. В свою очередь, электрический пробой разделяется на туннельный и лавинный пробои.

Электрический пробой.

Электрический пробой возникает в результате воздействия сильного электрического поля в p-n переходе. Такой пробой является обратимый, то есть он не приводит к повреждению перехода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Например. В таком режиме работают стабилитроны – диоды, предназначенные для стабилизации напряжения.

Туннельный пробой.

Туннельный пробой происходит в результате явления туннельного эффекта, который проявляется в том, что при сильной напряженности электрического поля, действующего в p-n переходе малой толщины, некоторые электроны проникают (просачиваются) через переход из области p-типа в область n-типа без изменения своей энергии. Тонкие p-n переходы возможны только при высокой концентрации примесей в молекуле полупроводника.

В зависимости от мощности и назначения диода толщина электронно-дырочного перехода может находиться в пределах от 100 нм (нанометров) до 1 мкм (микрометр).

Для туннельного пробоя характерен резкий рост обратного тока при незначительном обратном напряжении – обычно несколько вольт. На основе этого эффекта работают туннельные диоды.

Благодаря своим свойствам туннельные диоды используются в усилителях, генераторах синусоидальных релаксационных колебаний и переключающих устройствах на частотах до сотен и тысяч мегагерц.

Лавинный пробой.

Лавинный пробой заключается в том, что под действием сильного электрического поля неосновные носители зарядов под действием тепла в p-n переходе ускоряются на столько, что способны выбить из атома один из его валентных электронов и перебросить его в зону проводимости, образовав при этом пару электрон — дырка. Образовавшиеся носители зарядов тоже начнут разгоняться и сталкиваться с другими атомами, образуя следующие пары электрон – дырка. Процесс приобретает лавинообразный характер, что приводит к резкому увеличению обратного тока при практически неизменном напряжении.

Диоды, в которых используется эффект лавинного пробоя используются в мощных выпрямительных агрегатах, применяемых в металлургической и химической промышленности, железнодорожном транспорте и в других электротехнических изделиях, в которых может возникнуть обратное напряжение выше допустимого.

Тепловой пробой.

Тепловой пробой возникает в результате перегрева p-n перехода в момент протекания через него тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода.

При увеличении приложенного к p-n переходу обратного напряжения (Uобр) рассеиваемая мощность на переходе растет. Это приводит к увеличению температуры перехода и соседних с ним областей полупроводника, усиливаются колебания атомов кристалла, и ослабевает связь валентных электронов с ними. Возникает вероятность перехода электронов в зону проводимости и образования дополнительных пар электрон — дырка. При плохих условиях теплоотдачи от p-n перехода происходит лавинообразное нарастание температуры, что приводит к разрушению перехода.

На этом давайте закончим, а в следующей части рассмотрим устройство и работу выпрямительных диодов, диодного моста.
Удачи!

1. Борисов В.Г — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Горюнов Н.Н. Носов Ю.Р — Полупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. 1968г.

Источник:
http://sesaga.ru/princip-raboty-dioda-volt-ampernaya-xarakteristika-proboi-p-n-perexoda.html

Температурная зависимость обратного тока

На вольт-амперные характеристики полупроводниковых выпрямителей в сильной степени влияет температура. При повышении температуры увеличиваются прямой и обратный токи. Обратный ток существенно зависит от температуры, тогда как относительное изменение прямого тока с изменением температуры незначительно. С ростом температуры уменьшается высота барьера qφк (1.14) и экспоненциально (2.25) растет концентрация неосновных носителей заряда, вследствие чего увеличивается ток насыщения с повышением температуры. Рост тока насыщения с повышением температуры практически является основным фактором, определяющим температурный предел работы выпрямительных диодов. При- некоторой температуре собственная проводимость материала диода становится сравнимой с примесной, при этом число неосновных носителей заряда сравнимо с числом основных и выпрямление резко ухудшается. Поэтому верхняя предельная температура Тмакс выше для диодов из полупроводниковых материалов с более широкой запрещенной зоной. Например, для германиевых диодов (ΔE=0,72 эВ) Tмакс=348-363 К, для кремниевых диодов (ΔE=1,12 эВ) TМАКС=423-473 К.

Зависимость обратного тока насыщения от температуры для плоскостных полупроводниковых диодов можно представить в виде

где С — множитель, слабо зависящий от температуры;

ΔE — энергия активации материала диода.

Выражение (1.67) справедливо, когда исходный полупроводник достаточно сильно легирован и время жизни носителей заряда τ, определяющее ток насыщения (1.53), не зависит от температуры.

Для слаболегированных полупроводников и достаточно высоких температур, когда nn≈pn=ni, температурная зависимость обратного тока принимает несколько иное выражение:

т. е. в этом случае обратный ток слабее зависит от температуры.

Для всех диодов с понижением температуры от 200 К наблюдается ослабление температурной зависимости обратного тока. Это явление связано с возрастанием роли генерационной компоненты тока в области объемного заряда при понижении температуры. В этом случае энергия активации соответствует энергетическому положению ловушки.

Исследуя температурную зависимость обратного тока насыщения, можно найти значение энергии активации (ширины запрещенной зоны) полупроводникового материала диода или энергетическое положение ловушки (при низких температурах).

Логарифмируя выражение (1.67), получим для температур T1 и Т2 выражения

lnISl = lnC-ΔE/kT1; (1.69)

Решая уравнения (1.69) относительно энергии ΔE, получим;

(1.70)

где IS1 и IS2 — обратные токи насыщения при температурах T1 и Т2 соответственно.

Дата добавления: 2015-09-11 ; просмотров: 11 | Нарушение авторских прав

Источник:
http://lektsii.net/4-89725.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Величина — обратный ток

Для проверки величины обратного тока размыкания контактов реле обратного тока провод аккумуляторной батареи отсоединяют от клеммы Б реле-регулятора и соединяют его с клеммой / вольтамперметра и клемму / / вольтамперметра соединяют с клеммой Б реле-регулятора ( рис. 171); затем включают реостат нагрузки. [32]

В зависимости от величины обратного тока , значения емкости Сп и допустимого напряжения на ней необходимо регенерировать информацию, чтобы не возникали ее потери. Поскольку заряд затвора транзистора позволяет получить усиление по мощности. Сп может быть небольшой, поэтому в трехтранзисторных запоминающих элементах размеры элементов малы. [33]

При понижении температуры величина обратного тока уменьшается. Характер зависимости величины обратного тока от температуры аналогичен для всех полупроводниковых диодов. Степень этой зависимости различна: для приборов, изготовленных из германия, влияние температуры более сильное, чем для кремниевых приборов. [35]

При необходимости ограничить величину обратного тока для заданной рабочей температуры следует снижать величину прямого тока или обратного напряжения. [36]

Ввиду того, что величина обратного тока меньше 0 1 мка отвечает рабочему вакууму в лампах и записана как цеховая норма НТ, а величина больше 1 мка характеризует плохой вакуум в лампах, опасный с точки зрения отравления катода, кривая распределения разбита на зоны. ClsS 0 1 мка, 2-я зона — с 0 11 мка; — % — / ci Sl мка и 3-я зона — с — / ci5 1 1 мка. [38]

Читайте также  Какое давление создает компрессор от холодильника

Таким образом, распределение величин обратного тока данных транзисторов имеет логарифмически нормальный характер Из вида и расположения полученной прямой легко определить среднее значение обратного тока и среднеквадратичное отклонение его логарифма. [39]

Схема позволяет периодически измерять величину обратного тока любого из тренируемых диодов. Для этого переключатель 1П ( 2П) переводят в нижнее ( по схеме) положение. [41]

R M выбирается по величине больше обратного тока запертого коллекторного перехода при максимальной рабочей температуре. R предыдущего транзисторного каскада, связан с током смещения следующим образом. [42]

Обратное сопротивление вентиля характеризуют величиной обратного тока . [44]

Как было сказано выше, величина обратного тока не зависит от величины приложенного обратного напряжения до тех пор, пока напряжение не превысит определенное значение, при котором произойдет электрический пробой р — п перехода. [45]

Источник:
http://www.ngpedia.ru/id358963p3.html

Температурная зависимость обратного тока

Зависимость от температуры обратной ветви ВАХ определяется температурными изменениями тока насыщения. Этот ток пропорционален равновесной концентрации неосновных носителей заряда, которая с увеличением температуры возрастает по экспоненциальному закону.

Энергия активации в квазинейтральной области соответствует в полевой зоне . При фиксированной температуре .

(32)

При любой другой температуре :

(33)

Тогда зависимость от температуры будет определяться выражением:

(34)

Аналогично определяется зависимость и для других токов:

(35)

(36)

(37)

(38)

Напряжение пробоя.

Температурная зависимость лавинного пробоя.

Напряжение лавинного пробоя идеального полубесконечного диода определяется по следующей формуле:

(39)

С учетом толщины базы, напряжение смыкания:

(40)

В данном случае смыкание не происходит, т.к. наступает лавинный пробой из-за цилиндрического распределения примеси в p-n переходе. С учетом этого напряжение лавинного пробоя рассчитывается по формуле:

(41)

где учитывает цилиндрическое распределение:

(42)

В данном случае туннельный пробой отсутствует, т.к. полупроводник невырожденный, поэтому будем рассматривать только лавинный и тепловой пробой.

Суть явления лавинного пробоя состоит в том, что носители заряда, разогнавшись в сильном электрическом поле, могут приобрести энергию, достаточную для ионизации атомов полупроводника, т.е. для образования новых носителей заряда. Такой процесс носит лавинообразный характер и приводит к значительному увеличению обратного тока через p-n переход. Если обратное напряжение превысит максимально допустимую для данного p-n перехода величину, то участок p-n перехода пробьется. За счет выделения электрической мощности будет повышаться температура, а следовательно и темп тепловой генерации носителей заряда. Вблизи температуры p-n переход потеряет свойство односторонней проводимости. Процесс термоустойчив, пока . При превышении тепловой скорости выделении мощности наступит тепловой пробой. Включается положительная токотемпературная связь: с увеличением температуры увеличивается обратный ток, что приводит к увеличению мощности, а следовательно и температуры.

Происходит шнурование тока и разрушение прибора.

Максимально допустимая температура определяется по следующим формулам:

(43)

(44)

где — тепловое сопротивление диода.

— максимальная рассеиваемая мощность.

Выбирают минимальное значение (43,44).

Максимальный ток в режиме стабилизации.

(45)

(46)

Выбирают минимальное значение (45,46).

С повышением температуры напряжение лавинного пробоя увеличивается. Это связано с тем, что с увеличением температуры возрастает концентрация фононов. Потери носителей заряда растут, ионизационная способность уменьшается, следовательно, требуется большее напряжение, чтобы носители набрали энергию для генерации электронно – дырочных пар.

(47)

Источник:
http://allrefrs.ru/1-65860.html

Влияние температуры на обратный ток p-n перехода

Для маломощных германиевых диодов ток утечки (или обрат­ный ток) находится в пределах от 1 до 200 мкА. У кремниевых диодов ток утечки значительно меньше. Но в обоих случаях ток утечки сильно зависит от температуры.

Рис.2.7. Зависимость от температуры обратного тока насыщения для германиевого и кремниевого диодов (рисунок выполнен авторами)

Эта зависимость показана на рис. 2.7, где приведены графики температурного изменения обратного тока германиевого и кремниевого диодов. Основные причины возникновения тока утечки следующие:

а) Образование неосновных носителей при нагревании, воздействии радиации и нарушениях структуры кристаллической решетки. В этих случаях образуются электронно-дырочные пары и носители заряда, которые являются неосновными, свободно проходят через р-п переход, смещенный в обратном направлении для основных носителей. Образование электронно-дырочных пар при нагревании является наиболее существенной причиной возрастания тока утечки. В общем случае возрастание обратного тока составляет примерно 10% на 1°С (ток увеличивается приблизительно в 2 раза при нагревании на 8°С). По этой причине применение германиевых полупроводниковых приборов ограничивается диапазоном температур не выше 70°С. Кремниевые приборы могут применяться вплоть до 150°С.

б) Поверхностные токи утечки являются существенным фактором только для кремниевых приборов, в которых тепловой ток утечки весьма незначителен. Поверхностный ток утечки часто обусловлен загрязнением поверхности и в конечном итоге снижает обратное сопротивление перехода (Фишер Дж.Э., 1980) .

Виды полупроводниковых диодов

Полупроводниковые диоды в зависимости от их свойств и назначения бывают нескольких типов. Рассмотрим некоторые из них.

— Выпрямительные диоды. Предназначены в основном для выпрямления переменных токов. Диоды малой мощности рассчитаны на токи меньше 0,3 ампера. Средней мощности — от 0,3 до 10 А. Большой мощности больше 10 А.

— Универсальные диоды. Применяются в основном для детектирования (выпрямления) модулированных колебаний. Но их можно использовать и как выпрямительные: при малых токах и небольших обратных напряжениях.

— Высокочастотные диоды. Высокочастотные диоды — это приборы универсального назначения, которые могут быть использованы для выпрямления, детектирования и других нелинейных преобразований электрических сигналов в диапазоне до 600 МГц. Они изготовляются, как правило, из германия или кремния и имеют точечную структуру.

— Импульсные диоды. Применяются для работы в импульсных схемах. Они должны обладать способностью сохранять форму импульсов при пропускании их к различным участкам схемы.

— Стабилитроны. Предназначены для стабилизации постоянных напряжений. Их работа основана на явлении пробоя некоторых кремниевых переходов. У таких переходов характеристика пробоя расположена почти параллельно оси токов, то есть при одном и том же напряжении на диоде ток может изменяться в довольно широких пределах (Радиолекторий, 2013).

— Варикапы. Диоды, изменяющие свою ёмкость под действием приложенного обратного напряжения. Могут использоваться в качестве конденсатора переменной ёмкости в различных электронных устройствах.

— Фотодиоды. Диоды, изменяющие своё сопротивление под действием света. Могут применяться в качестве датчика освещённости.

— Светодиоды. При прохождении электрического тока через них способны выделять свет. Находят очень широкое применение, как в качестве индикационных устройств, так и для освещения.

Рис. 2.8. Условные графические обозначения некоторых диодов (рисунок выполнен авторами)

Выпрямители

Для питания электронных устройств используются химические и сетевые источники питания.

К химическим источникам относятся гальванические и аккумуляторные элементы и батареи. Их недостатком является сравнительно малый срок службы и малая мощность. Этих недостатков нет у сетевых источников напряжения постоянного тока.

Источник питания состоит из четырёх основных узлов:

  • трансформатора;
  • выпрямителя;
  • сглаживающего фильтра;
  • стабилизатора напряжения или тока.

Рассмотрим процесс выпрямления переменного напряжения. Частота сетевого напряжения 50 Гц, т.е. в 1 секунду имеем 50 периодов. В течение каждого периода имеется полпериода отрицательного напряжения и полпериода положительного напряжения. Для выпрямления надо избавиться от разнополярности. Это можно достигнуть двумя способами:

1. избавиться от напряжения одного из полупериодов;

2. изменить полярность одного из полупериодов на противоположную.

Источник:
http://lektsia.com/1x3bb6.html

Каков характер зависимости обратного тока от температуры

  1. А20. Скорость реакции, ее зависимость от различных факторов
  2. Болезненная зависимость
  3. Борьба западных адыгов за свою независимость в Русско-Кавказской войне
  4. БОРЬБА С СОЗАВИСИМОСТЬЮ
  5. Взаимодействие радиоактивного поля с веществом горной породы, его зависимость от пористости и плотности породы.
  6. ВЛЮБЛЕННОСТЬ КАК ЗАВИСИМОСТЬ
  7. Война за независимость в английских колониях Северной Америки
  8. Война за независимость США
  9. Война за независимость. Образование США
  10. Вы начинаете возмещение ущерба с признания своей зависимость и проблем, к которым она привела.
Читайте также  Горизонтальный велотренажер для дома: какие мышцы работают, сравнение с вертикальным вариантом и какой лучше выбрать?

На вольт-амперные характеристики полупроводниковых выпрямителей в сильной степени влияет температура. При повышении температуры увеличиваются прямой и обратный токи. Обратный ток существенно зависит от температуры, тогда как относительное изменение прямого тока с изменением температуры незначительно. С ростом температуры уменьшается высота барьера q φк (1.14) и экспоненциально (2.25) растет концентрация неосновных носителей заряда, вследствие чего увеличивается ток насыщения с повышением температуры. Рост тока насыщения с повышением температуры практически является основным фактором, определяющим температурный предел работы выпрямительных диодов. При- некоторой температуре собственная проводимость материала диода становится сравнимой с примесной, при этом число неосновных носителей заряда сравнимо с числом основных и выпрямление резко ухудшается. Поэтому верхняя предельная температура Тмакс выше для диодов из полупроводниковых материалов с более широкой запрещенной зоной. Например, для германиевых диодов (ΔE=0,72 эВ) Tмакс=348-363 К, для кремниевых диодов (ΔE=1,12 эВ) TМАКС=423-473 К.

Зависимость обратного тока насыщения от температуры для плоскостных полупроводниковых диодов можно представить в виде

где С — множитель, слабо зависящий от температуры;

ΔE — энергия активации материала диода.

Выражение (1.67) справедливо, когда исходный полупроводник достаточно сильно легирован и время жизни носителей заряда τ, определяющее ток насыщения (1.53), не зависит от температуры.

Для слаболегированных полупроводников и достаточно высоких температур, когда nn≈pn=ni, температурная зависимость обратного тока принимает несколько иное выражение:

т. е. в этом случае обратный ток слабее зависит от температуры.

Для всех диодов с понижением температуры от 200 К наблюдается ослабление температурной зависимости обратного тока. Это явление связано с возрастанием роли генерационной компоненты тока в области объемного заряда при понижении температуры. В этом случае энергия активации соответствует энергетическому положению ловушки.

Исследуя температурную зависимость обратного тока насыщения, можно найти значение энергии активации (ширины запрещенной зоны) полупроводникового материала диода или энергетическое положение ловушки (при низких температурах).

Логарифмируя выражение (1.67), получим для температур T1 и Т2 выражения

lnISl = lnC-ΔE/kT1; (1.69)

Решая уравнения (1.69) относительно энергии ΔE, получим;

(1.70)

где IS1 и IS2 — обратные токи насыщения при температурах T1 и Т2 соответственно.

Дата добавления: 2015-09-11 ; просмотров: 11 | Нарушение авторских прав

Зависимость от температуры обратной ветви ВАХ определяется температурными изменениями тока насыщения. Этот ток пропорционален равновесной концентрации неосновных носителей заряда, которая с увеличением температуры возрастает по экспоненциальному закону.

Энергия активации в квазинейтральной области соответствует в полевой зоне . При фиксированной температуре .

(32)

При любой другой температуре :

(33)

Тогда зависимость от температуры будет определяться выражением:

(34)

Аналогично определяется зависимость и для других токов:

(35)

(36)

(37)

(38)

Напряжение пробоя.

Температурная зависимость лавинного пробоя.

Напряжение лавинного пробоя идеального полубесконечного диода определяется по следующей формуле:

(39)

С учетом толщины базы, напряжение смыкания:

(40)

В данном случае смыкание не происходит, т.к. наступает лавинный пробой из-за цилиндрического распределения примеси в p-n переходе. С учетом этого напряжение лавинного пробоя рассчитывается по формуле:

(41)

где учитывает цилиндрическое распределение:

(42)

В данном случае туннельный пробой отсутствует, т.к. полупроводник невырожденный, поэтому будем рассматривать только лавинный и тепловой пробой.

Суть явления лавинного пробоя состоит в том, что носители заряда, разогнавшись в сильном электрическом поле, могут приобрести энергию, достаточную для ионизации атомов полупроводника, т.е. для образования новых носителей заряда. Такой процесс носит лавинообразный характер и приводит к значительному увеличению обратного тока через p-n переход. Если обратное напряжение превысит максимально допустимую для данного p-n перехода величину, то участок p-n перехода пробьется. За счет выделения электрической мощности будет повышаться температура, а следовательно и темп тепловой генерации носителей заряда. Вблизи температуры p-n переход потеряет свойство односторонней проводимости. Процесс термоустойчив, пока . При превышении тепловой скорости выделении мощности наступит тепловой пробой. Включается положительная токотемпературная связь: с увеличением температуры увеличивается обратный ток, что приводит к увеличению мощности, а следовательно и температуры.

Происходит шнурование тока и разрушение прибора.

Максимально допустимая температура определяется по следующим формулам:

(43)

(44)

где — тепловое сопротивление диода.

— максимальная рассеиваемая мощность.

Выбирают минимальное значение (43,44).

Максимальный ток в режиме стабилизации.

(45)

(46)

Выбирают минимальное значение (45,46).

С повышением температуры напряжение лавинного пробоя увеличивается. Это связано с тем, что с увеличением температуры возрастает концентрация фононов. Потери носителей заряда растут, ионизационная способность уменьшается, следовательно, требуется большее напряжение, чтобы носители набрали энергию для генерации электронно – дырочных пар.

(47)

Величина — обратный ток

Для проверки величины обратного тока размыкания контактов реле обратного тока провод аккумуляторной батареи отсоединяют от клеммы Б реле-регулятора и соединяют его с клеммой / вольтамперметра и клемму / / вольтамперметра соединяют с клеммой Б реле-регулятора ( рис. 171); затем включают реостат нагрузки. [32]

В зависимости от величины обратного тока , значения емкости Сп и допустимого напряжения на ней необходимо регенерировать информацию, чтобы не возникали ее потери. Поскольку заряд затвора транзистора позволяет получить усиление по мощности. Сп может быть небольшой, поэтому в трехтранзисторных запоминающих элементах размеры элементов малы. [33]

При понижении температуры величина обратного тока уменьшается. Характер зависимости величины обратного тока от температуры аналогичен для всех полупроводниковых диодов. Степень этой зависимости различна: для приборов, изготовленных из германия, влияние температуры более сильное, чем для кремниевых приборов. [35]

При необходимости ограничить величину обратного тока для заданной рабочей температуры следует снижать величину прямого тока или обратного напряжения. [36]

Ввиду того, что величина обратного тока меньше 0 1 мка отвечает рабочему вакууму в лампах и записана как цеховая норма НТ, а величина больше 1 мка характеризует плохой вакуум в лампах, опасный с точки зрения отравления катода, кривая распределения разбита на зоны. ClsS 0 1 мка, 2-я зона — с 0 11 мка; — % — / ci Sl мка и 3-я зона — с — / ci5 1 1 мка. [38]

Таким образом, распределение величин обратного тока данных транзисторов имеет логарифмически нормальный характер Из вида и расположения полученной прямой легко определить среднее значение обратного тока и среднеквадратичное отклонение его логарифма. [39]

Схема позволяет периодически измерять величину обратного тока любого из тренируемых диодов. Для этого переключатель 1П ( 2П) переводят в нижнее ( по схеме) положение. [41]

R M выбирается по величине больше обратного тока запертого коллекторного перехода при максимальной рабочей температуре. R предыдущего транзисторного каскада, связан с током смещения следующим образом. [42]

Обратное сопротивление вентиля характеризуют величиной обратного тока . [44]

Как было сказано выше, величина обратного тока не зависит от величины приложенного обратного напряжения до тех пор, пока напряжение не превысит определенное значение, при котором произойдет электрический пробой р — п перехода. [45]

Источник:
http://stroi-obzor.ru/strojka/kakov-harakter-zavisimosti-obratnogo-toka-ot/