Учреждение образования
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра электронной техники и технологии
РЕФЕРАТ
на тему
«ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ: ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ»
МИНСК, 2008
Диоды – полупроводниковые приборы, которые пропускают ток в одном направлении, а в обратном имеют большое сопротивление.
Рис. 1. Принцип работы р-n перехода:
а) диффузионный и дрейфовый токи через переход; б) графики распределения концентраций носителей заряда в p и n областях (Nnn, Npp – концентрации основных носителей, Nnp, Npn – концентрации неосновных носителей); в) диаграммы потенциала p и n областей. С увеличением температуры растёт концентрация неосновных носителей заряда и уменьшается высота потенциального барьера.
При UAK = 0 существует баланс диффузионной и дрейфовой составляющих токов через переход
iдиф = iдр = IS(T)
Iпр = Iобр
I = Iпр – Iобр = 0
При прямом смещении р-n – перехода UAK > 0 появляется прямой ток, определяемый основной диффузионной составляющей
Iпр = iдиф – iдр >0
При UAK 0.
Т.к. p-n – переход при обратном смещении закрывается из-за увеличения ширины ОПЗ и iдиф → 0, то Iобр = iдр = IS(T).
Поскольку диффузионная составляющая тока через p-n – переход хорошо аппроксимируется экспоненциальной функцией вида
iдиф = IS(T)eUAK/mUT ,
а дрейфовая составляющая описывается как iдр = IS(T), то исходя из того, что при UAK > 0
Iпр = iдиф – iдр = IS(T)eUAK/mUT – IS(T)
получим выражение Iпр = IS(T)(eUAK/mUT – 1), описывающее прямую ветвь ВАХ диода (рис. 2)
Рис. 2. ВАХ кремниевого диода (штриховой линией показана смещённая ВАХ при увеличении температуры p – n перехода)
Здесь IS(T) – тепловой ток, определяющий масштаб ВАХ диода. Термин “тепловой” отражает сильную температурную зависимость тока IS(T), а также тот факт, что он равен нулю при абсолютном нуле температуры. Другим распространённым термином является “обратный ток насыщения”, происхождение которого связано с тем, что при отрицательном напряжении >> mUT обратный ток диода равен – IS(T) и не зависит от UAK . Обычно для германиевых диодов IS 1 – 0.1 мкА, а для кремниевых IS 1 – 0.1 пА.
mUT – тепловая разность потенциалов, возникающая в области p-n-перехода при нулевом внешнем напряжении и равновесии дифузионного и дрейфового токов, где
;
m = 10.30 – поправочный коэффициент.
Обычно для расчётов равновесного p-n–перехода тепловую разность потенциалов принимают равной mUT = 300 мВ для Ge-диодов и 600 мв для Si-диодов.
IS(T) и UT зависят от Т, что приводит, в общем, к отрицательной температурной зависимости прямого напряжения на диоде UAK от температуры. Температурный коэффициент прямого напряжения на переходе имеет отрицательное значение:
Iпр = IО (e(UAK – T)/mUT – 1) .
Смысл последнего выражения заключается в том, что для того, чтобы определить значение Iпр при увеличении Т, но при этом не вычисляя новое значение IS(T), которое также должно увеличится, необходимо значение UAK с учетом отрицательного температурного коэффициента увеличить на 2 мВ на каждый градус К. Это будет удобно для дальнейших расчетов Iпр, когда при условно принятом IS(T)=const его значение IS(T) можно будет сократить в относительных формулах.
Выпрямительные свойства диодов показаны на рис. 3, отображающем элементарную схему однополупериодного выпрямителя переменного напряжения.
Рис. 3. Выпрямление диодом переменного напряжения
Если на анод диода подать переменное напряжение Uвх с амплитудой Um, то на резисторе нагрузки RН будет выделяться выходное напряжение Uвых, соответствующее только одному полупериоду Uвх. Амплитуда положительного полупериода будет равна Um, а амплитуда отрицательного полупериода будет зависить от Iобр.
Динамический режим работы диодов характеризуются его переключающими свойствами.
Переключение диода из проводящего состояния в закрытое происходит не мгновенно, т.к. при этом p-n-переход должен освободиться от инжектированных неосновных носителей ( в p-области – от электронов, и в n-области – от дырок), которые должны рекомбинировать в области объемного заряда и тем самым восстановить потенциальный барьер. Для этого нужно определенное время – время «рассасывания», которое тем больше, чем больше был прямой ток.
Для маломощных диодов , для мощных диодов эта величина находится в диапозоне микросекунд (5-7 мкс).
Для уменьшения времени переключения можно использовать диоды Шоттки с переходом металл-полупроводник.
Диод Шотки.
Принцип действия диода Шотки основан на работе барьерного перехода, возникающего в зоне контакта металл-полупроводник. Свойства этого контакта зависят от отношения работ выхода электрона в металле и полупроводнике. Если Авых Ме > Aвых п/п, то в зоне контакта возникает выпрямляющий переход (рис. 5). В этом случае избыток электронов будет в полупроводнике и они, перемещаясь за счёт диффузии в приконтактную область металла, создают обеднённую область в полупроводнике, которая и обладает выпрямляющими свойствами.
Если Авых Ме
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
