Лекция 3 Динамические параметры p-n перехода
Рассмотренные статические характеристики
и параметры p-n перехода позволяют
правильно строить схемы устройств с их
применением, как по току, так и по
напряжению. Однако работа p-n перехода
существенно зависит от частоты сигналов
подаваемых на переход. Для определения
динамических (временных) параметров
перехода соберём схему рис.11.
Рис. 11. Схема для определения временных
параметров p-n перехода.
Данная схема реализована в программном
пакете EWB 4.0 и состоит из функционального
генератора, диода (p-n переход),
ограничивающего ток резистора 100оМ,
источника напряжения управляемого
током (ИНУТ) и осциллографа. Осциллограф
двухлучевой; на канал А подаётся
напряжение от функционального генератора,
а на канал В — напряжение пропорциональное
току протекающему по переходу (диоду).
С целью получения такого напряжения
используется ИНУТ.
Функциональный генератор настроен на
частоту 1мГц с тем, чтобы на графике были
заметны характерные временные интервалы.
Форма напряжения прямоугольная с
амплитудой 10В, и скважностью 2. В
соответствии с этими данными установлены
следующие параметры осциллографа:
Масштаб для напряжения генератора
10В/дел, масштаб по току 100мВ/дел, масштаб
по напряжению на p-n переходе 5В/дел,
масштаб по времени 0,1мКс/дел. Выполним
анализ диаграмм.
Рис. 12. Временные диаграммы работы p-n
перехода.
На интервале времени 0-t1 генератор
формирует положительную полуволну, что
приводит к прямому смещению перехода
и на нём выделяется положительное
напряжение 0,7В. В момент t1 генератор
переключается на отрицательную полуволну,
что должно сместить переход в обратную
сторону и перевести его в непроводяшее
состояние. Однако на временной диаграмме
видно, что на интервале t1 - t2 появляется
импульс отрицательного тока и напряжение
на переходе сохраняется на уровне 0,7В.
Эта особенность объясняется тем, что в
проводящем состоянии в области
гальванической границы накапливается
объёмный заряд неосновных носителей,
и поэтому после переключения питающего
напряжения на смещающее переход в
обратном направлении начинается процесс
рассасывания этого заряда. На время
рассасывания заряда tрас появляется
обратный ток. После рассасывания заряда
начинается процесс восстановления
обратного сопротивления на интервале
— tвос. По окончанию интервала t1-t2
восстанавливается обратное сопротивление
перехода и величина обратного тока. При
подаче на переход прямосмещающего
напряжения прямой ток устанавливается
по истечении интервала времени
установления прямого тока — tуст, что
объясняется накоплением заряда неосновных
носителей.
Рассмотренные временные параметры
перехода не зависят от режима работы
перехода, а определяются конструкцией.
Знание динамических параметров позволяет
правильно использовать электронные
устройства с p-n переходами. На рис. 13
приведены диаграммы работы диода 1N4001
при питающем напряжении частотой 10мГц.
Рис. 13. Диаграмма работы p-n перехода.
Анализируя диаграмму, приходим к
выводу, что время рассасывания и
восстановления равны по времени
длительности отрицательного полупериода
и весь отрицательный полупериод
существует обратный ток равный прямому.
Можно считать, что при таких соотношениях
частоты питающего напряжения и
динамических параметров p-n перехода
односторонняя проводимость отсутствует,
т.е. переход проводит как при прямом
смещении, так и при обратном. Нарушены
основные функции p-n перехода по
определению.
