Полупроводниковые нелинейные элементы: полупроводниковые диоды

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 U_AK = 0 существует баланс диффузионной и дрейфовой составляющих токов через переход

i_диф = i_др = I_S (T)

I_пр = I_обр

I _ = I_пр - I_обр = 0

При прямом смещении р-n - перехода U_AK > 0 появляется прямой ток, определяемый основной диффузионной составляющей

I_пр = i_диф – i_др >0

При U_AK < 0 появляется обратный ток, определяемый дрейфовой состовляющей

I_обр = i_др - i_диф > 0.

Т.к. p-n - переход при обратном смещении закрывается из-за увеличения ширины ОПЗ и i_диф → 0 , то I_обр = i_др = I_S (T).

Поскольку диффузионная составляющая тока через p-n - переход хорошо аппроксимируется экспоненциальной функцией вида

i_диф = I_S (T)e^UAK/mUT ,

а дрейфовая составляющая описывается как i_др = I_S (T) , то исходя из того, что при U_AK > 0

I_пр = i_диф – i_др = I_S (T)e^UAK/mUT - I_S (T)

получим выражение I_пр = I_S (T)(e^UAK/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 I_S (T) - тепловой ток, определяющий масштаб ВАХ диода. Термин "тепловой" отражает сильную температурную зависимость тока I_S (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 >> mU_T обратный ток диода равен - I_S (T) и не зависит от U_AK . Обычно для германиевых диодов I_S 1 - 0.1 мкА, а для кремниевых I_S 1 - 0.1 пА.

mU_T - 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 mU_T = 300 мВ для Ge-диодов и 600 мв для Si-диодов.

I_S (T) и U_T зависят от Т, что приводит, в общем, к отрицательной температурной зависимости прямого напряжения на диоде U_AK от температуры. Температурный коэффициент прямого напряжения на переходе имеет отрицательное значение:

I_пр = I _О (e(U_AK - aD T)/mU_{T -} 1) .

Смысл последнего выражения заключается в том, что для того, чтобыопределить значение I_пр при увеличении Т , но при этом не вычисляя новое значение I_S ( T) , которое также должно увеличится, необходимо значение U_AK с учетом отрицательного температурного коэффициента a увеличить на 2 мВ на каждый градус К . Это будет удобно для дальнейших расчетов I_пр , когда при условно принятом I_S ( T) =const его значение I_S ( 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 U_вх с амплитудой U_m , тона резисторе нагрузки R_Н будет выделяться выходное напряжение U_вых , соответствующее только одному полупериоду U_вх . Амплитуда положительного полупериода буд

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать