Основни резултати
1. Анализът на идеализиран диод се свежда до решаване на уравнението за непрекъснатост на незначителните носители в емитера и основата, без да се взема предвид електрическото поле.
2. CVC на идеализиран диод се описва с уравнение (4.25) и се определя изцяло от един параметър - топлинен ток.
3. При обратно отклонение температурната зависимост на I–V характеристиката се определя от температурната зависимост на тока и се характеризира с температури
4. При предно отклонение температурната зависимост на I–V характеристиката се характеризира с температурен коефициент на напрежение (TKV), чиято стойност е отрицателна.
5. Изправителните свойства на диода се проявяват в разликата между диференциалните и статични съпротивления, определени от съотношения (4.37) и (4.38). При предно отклонение диференциалното съпротивление на диода е обратно пропорционално на тока.
6. Съотношението на тока на дупката и електрона в равнината на прехода се определя от ефективността на емитера. Ефективността на емитера се увеличава с увеличаване на допинга на емитера и намаляване на базовия допинг.
5. Wah истински диод
5.1. Характеристики wah real диод
Идеалният диоден модел се основава на редица физически допускания, изброени в раздел 4.1. Когато реален диод работи в широк диапазон от токове, тези предположения може да не са изпълнени, което води до несъответствие между характеристиката ток-напрежение на реален диод и характеристиката ток-напрежение, описана с израз (4.25). В областта на високи токове трябва да се проявят ефекти, свързани с падане на напрежението в съпротивленията на основата и емитера, както и с повишаване на нивото на инжектиране. При високо ниво на инжектиране граничните условия на Шокли, които определят формата на CVC, престават да бъдат удовлетворени. В допълнение, при високо ниво на инжектиране дрейфовият ток не може да бъде пренебрегнат.малцинствени носители на заряд, тъй като тяхната концентрация не може да се счита за малка. И накрая, част от тока в истински диод е свързан с топлинно генериране и рекомбинация на двойки електрон-дупка в прехода. Този ток не беше взет предвид в идеализирания диоден модел.
В глава 5 ще бъдат разгледани горните ефекти, ще бъдат изяснени свързаните с тях промени в CVC на диода и ще бъдат определени условията, при които е необходимо да се вземе предвид един или друг ефект.
5.2. Топлинно генериране и рекомбинация на носители на заряд в pn преход
При извличането на I–V характеристиките на идеализиран диод, ние пренебрегнахме термичното генериране и рекомбинацията на носителите в областта наpnпрехода, приемайки, че инжектираните компоненти на дупката и електронните токове са еднакви от двете страни на прехода.
Носителите на заряд, генерирани в областта на преходp-n, се улавят от силно електрическо поле и се изхвърлят от прехода: дупки - вp-областта, електрони - вp-областта. По този начин термогенерационният ток е насочен отn-областта къмp-областта.
Носителите на заряд, дифундиращи презpnпрехода, вероятно ще се рекомбинират в областта на прехода. Тъй като дупките дифундират към областтаnи електроните дифундират към областтаp, процесът на рекомбинация в прехода е свързан с ток, протичащ от областтаpкъм областтаn. Когато извличаме I–V характеристиките, изчисляваме дифузионния ток на носителите след излизането им отpnпрехода. По този начин токът, свързан с рекомбинацията в преходния регион, не беше взет под внимание от нас.
В равновесно състояние токовете на топлинно генериране и рекомбинацията вpnпрехода са взаимно балансирани.
Когато преходът е предубеден, дифузионните потоци на носителите се увеличават рязко и рекомбинационният ток в прехода също се увеличава съответно.Токът на топлинно генериране, напротив, намалява, тъй като скоростта на генериране зависи само от температурата, а обемът на преходаpnнамалява поради намаляване на неговата ширина. По този начин рекомбинационният ток увеличава общия ток напред на диода.
Когато преходът е обратно предубеден, дифузионните потоци на носители практически спират и съответно престава и рекомбинационният ток в прехода. С увеличаване на обратното отклонение токът на топлинно генериране се увеличава донякъде поради увеличаване на обема наp-pпрехода. По този начин токът на топлинно генериране увеличава общия обратен ток на диода и го прави зависим от напрежението.
Изчисляването на термогенерационните и рекомбинационните токове в прехода се извършва въз основа на теорията за рекомбинацията на електрони и дупки, разработена от Шокли и Рийд [3, стр. 310-312]. Те получиха връзка за изчисляване на скоростта на рекомбинация на двойки електрон-дупка при предположението, че рекомбинацията се случва чрез капани, чието енергийно ниво
където
С оглед на постоянството на квазинивата на Ферми в преходната областp-n, произведението на концентрацията на електрони и дупки не зависи от координатата и се определя от напрежението, приложено към прехода. Заместването на (3.5) в (5.1) дава
Първият член от дясната страна на (5.2) съответства на скоростта на двойната рекомбинация, вторият - на скоростта на топлинно генериране. Тъй като всяка двойка, рекомбинирана в кръстовището, причинява поток в диодната веригазарядeв посока отp- къмp-област и всяка генерирана двойка е потокът от същия заряд в диодната верига в обратна посока, токът на генериране-рекомбинация може да бъде представен като:
