РАЗДЕЛ 2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

В отличие от I ,

образующегося за счет наличия носителей заряда в

p-

и n-

областях, Iг является

следствием возникновения носителей заряда в самом p-n-переходе.

Внутри

p-n-перехода, как

в каждом полупроводнике, при комнатной температуре имеет

место ионизация

атомов,

в результате которой образуется небольшое количество

носителей заряда -

свободных электронов и дырок (

ē

и pк).

Электрическим полем

перехода дырки перебрасываются в

p-область, а

ē в n-область,

повышая, таким образом,

Iобр. диода. Поскольку указанные носители заряда возникают за счет тепловой (генерации)

энергии,

этот ток называется током термогенерации. С повышением

Uобр.

ширина

p-n-

перехода

повышается и

Iг

повышается. При повышении

температуры

Iг

также

повышается.

Iу протекает по поверхности кристалла под действием Uобр. и зависит от наличия

на этой поверхности молекулярных или ионных пленок,

шунтирующих

переход,

например, молекул окислов основного материала,

молекул газа и т.п. С повышением

Uобр.

повышается Iу . От температуры

Iу практически не зависит.

Таким образом

Iобр.

через VD имеет три составляющие:

Iобр.

=

Iт + Iг + I у

Поскольку

Iг и

I

у

зависят от Uобр.,

суммарный ток

диода также зависит от

приложенного к нему

Uобр..

Соотношение между составляющими

Iобр. у Ge

и

Si

диодов различно.

У

Ge

диодов при комнатной температуре I >>Iг+Iу. Следовательно: 1)изгиб у характеристики

Iобр. в начале; 2)при повышении температуры

Iобр. сильно повышается.

У Si

диодов при

комнатных температурах очень мал, и поэтому

Iг+Iу >>Iт . Причем часто

Iу >Iг, т.е. Iу является основной составляющей тока

Iобр. у

Si

диодов.

При комнатной температуре электрический пробой

у

Ge

дидов

наступает

примерно при Uобр.

=150

В,

а у Si -

при Uобр. =300 В. С повышением температуры Uпроб. у

Ge

диодов резко

падает,

а у

Si –

даже несколько повышается.

Т.о.,

Si

диоды могут

работать при более высоких

Uобр. и с меньшими Iобр., чем

Ge. Поэтому в настоящее время

выпрямительные диоды изготавливаются на базе

Si.

Прямой ток

диодов

при повышении

температуры

также повышается, т.к.

повышается число носителей заряда в p- и n-

областях в результате ионизации.

Эквивалентная схема диода на НЧ показана на рис.2.

В этой схеме R0 –

небольшое суммарное сопротивление

p-

и n- областей, Rn –

сопротивление p- n-перехода, зависящее от полярности и значения приложенного

напряжения, Cn – емкость перехода.

При прямом включении

Rпр.

= ∆Uпр. / ∆Iпр.

[единицы – десятки Ом – маломощные диоды].

При обратном включении

Rобр. = ∆Uобр. / ∆Iобр.

[единицы МОм – маломощные диоды].

Т.е.

R бр>>Rпр.,

дающее возможность использовать

диод в качестве

выпрямительного элемента.

Из-за большой площади перехода емкость у выпрямительных

диодов

относительно велика (десятки пФ). Поэтому их можно применять для выпрямления токов

с частотами не более 1-2 кГц.

Однотипные

диоды

можно

соединять между собой последовательно

или

параллельно.

Необходимость в

последовательном

соединении

диодов возникает

в

тех

случаях, когда выпрямляемое напряжение по своей амплитуде превышает максимально

допустимое

Uобр.

диода.

Из-за разброса параметров соединяемые

диоды могут иметь

неодинаковое

Rобр.. Это

приведет

к тому,

что

Uобр.

распределится между ними

неравномерно. Отдельные

диоды, имеющие

наибольшее

R бр.,

будут работать

при

повышенном

Uобр.

и могут выйти из строя. Причем пробой

одного

из диодов приведет к

выходу из строя остальных,

соединенных с ним последовательно, т.к. выпрямляемое

напряжение распределится между еще работающими

диодами и на долю каждого из них

придется Uобр., значительно превышающее допустимое. Поэтому при последовательном

соединении

диоды обычно параллельно каждому из них подключают уравнительные

резисторы с сопротивлением порядка сотен кОм (рис. 3а).

Высокочастотные

диоды предназначены для работы на частотах до

1000

МГц.

На таких частотах могут работать только

диоды с малой емкостью перехода (не более 1-2

пФ). Поэтому в качестве высокочастотных в большинстве случаев используют точечные

диоды. Поскольку высокочастотные

диоды могут хорошо работать и на низких частотах,

т.е. в широком диапазоне частот, их называют также универсальными.

Из-за

малой площади перехода максимально допустимый

Iпр.

у

высокочастотных

диодов обычно не превышает несколько десятков мА. Максимально

допустимое Uобр. также невелико – десятки В.

Т.к. высокочастотные диоды могут применятся в преобразователях частоты и в

других нелинейных устройствах,

важным параметром для них является

дифференциальное

R . или сопротивление

переменному току, представляющее

собой

отношение малого приращения Uпр.

к вызванному этим приращением приросту

Iпр. :

r

диф.= dU

./dIпр.≈ Uпр./ Iпр

Дифференциальное

сопротивление

следует отличать от сопротивления диода

постоянному току,

которое определяется, как было отмечено ранее, отношением U

к I в

заданной точке характеристики:

R стат.

= Uпр. / Iпр.