Лабораторная работа №4 Влияние температуры на параметры и характеристики полупроводниковых приборов

Цель работы: изучить влияние температуры на основные параметры и характеристики полупроводниковых диодов и транзисторов.

4.1 Методические указания К тепловым параметрам приборов относятся: температура перехода, тепловое сопротивление, тепловые постоянные и теплоемкости. Они определяют стабильность работы полупроводниковых приборов при изменении температуры, ограничивают максимальные мощности, токи и напряжения, допустимые диапазоны температуры окружающей среды, при которых обеспечивается надежная работа.

Температура p-n-перехода имеет два предельных значения: максимально и минимально допустимые. Максимально допустимая температура перехода Т_{n max} –это температура, превышение которой в длительных режимах эксплуатации не допускается. При этой температуре полупроводник приобретает собственную проводимость, и структура p-n-перехода практически перестает существовать. Процесс обратим: транзистор при остывании приобретает вновь свои свойства. Если же к транзистору (диоду), кроме того, приложено высокое напряжение, то в этом случае может развиваться тепловой пробой, который приводит к необратимым изменениям в приборе и выходу его из строя.

Минимально допустимая температура перехода Т_{n min} – это температура, ниже которой не допускается не только работа, но даже хранение полупроводникового прибора. Это связано с тем, что с уменьшением температуры изменяются не только электрические свойства полупроводниковых приборов, но из-за разницы в коэффициентах линейного расширения может произойти его повреждение. Значение минимально допустимой температуры перехода отечественных полупроводниковых диодов лежит в интервале –50…-60С. Измерение температуры перехода прямыми методами сложно и поэтому используются косвенные методы, при которых она оценивается по какому-либо термочувствительному параметру. Например, термочувствительным параметром диодов являются обратный ток I_обр и прямое падение напряжения U_пр, а у транзисторов - I_кбо, I_эбо, прямое напряжение U_эб или U_кб, h_21э, входное сопротивление.

Рассмотрим зависимость прямого напряжения от температуры полупроводникового диода:

, (4.1)

где I₀ –тепловой ток,

_Т - температурный потенциал.

В формуле (4.1) от температуры зависят параметры _Т и I₀, (_ТТ, а -слабо). Следовательно, функция U(T) близка к линейной.

Температурный коэффициент напряжения (ТКН) оценивается по формуле:

, (4.2)

Это относительное изменение напряжения U/U при изменении температуры окружающей среды на Т. Опыт показывает, что ТКН определяется двумя приращениями (U и U_), имеющими разные знаки. Роль приращений U_ (U_ -падение напряжения на базе) становится определяющей на омическом участке характеристики, т.е. при достаточно больших токах (однако эти токи лежат в рабочем диапазоне диода). На рис. 4.1 показаны прямые характеристики кремниевого диода при трех температурах. Как видим эти характеристики пересекаются, что происходит вследствие изменения величины и знака ТКН по мере возрастания прямого тока.