Вольт-амперная характеристика p-n перехода

Вольт-амперной характеристикой называется зависимость тока, протекающего через диод I_A, в функции приложенного напряжения

Снимают в проводящем направлении

в непроводящем направлении

Различают ВАХ:

- статическая

- классификационная

- динамическая

Статическая характеристика снимается по схеме (б) и напряжение U_F подается от источника постоянного тока (рис.1.6 а). Изменяя U_F от 0 до максимального значения, снимают зависимость

Для снятия зависимости в непроводящем направлении изменяют полярность подключения диода или, не меняя полярности диода, изменить полярность источника U_F.

Классификационная характеристика снимается при подаче пульсирующего напряжения U_F синусоидальной формы (рис.1.6 в,г). При этом измеряется в проводящем направлении зависимость , т.е. среднего значения тока от среднего значения напряжения, изменяя U_F от 0 до

Рис. 1.6 – Формы напряжений (а, в) и схемы снятия (б, г) статических (а, б) и классификационных (в, г) ВАХ диода VD1

максимального значения. В непроводящем направлении изменяется полярность подключения диода и измеряется в амплитудных значениях.

Если измеряются средние значения, то они переводятся в амплитудные.

Теория работы полупроводниковых приборов.

Полупроводниковая пластинка с p-n переходом является основным элементом в полупроводниковых приборах-диодах. Диоды выпускаются двух модификаций по форме p-n перехода:

- обычные (нелавинные) – с плоским p-n переходом (рис.1.7 а);

- лавинные – со ступенчатым p-n переходом (рис. 1.7, б).

Рис. 1.7 – Схематический разрез, обозначение (а, б), ВАХ (в, г) обычного (а, в) и лавинного (б, г) диодов

ВАХ обоих диодов снимается по указанным схемам в двух направлениях: в проводящем и непроводящем. Так как токи и напряжения, прикладываемые к диоду в проводящем и непроводящем направлении, различны, то ВАХ в проводящем и непроводящем направлении строятся в разных масштабах и снимаются разными приборами.

а) ВАХ в проводящем направлении

Так как в проводящем направлении ток I_F переносится основными носителями, то через p-n переход протекает большой ток при небольшом напряжении U_F.

На участке ОА – ВАХ нелинейная, так как на этом участке U_А< U_p-n, поэтому определяющим является нелинейное сопротивление p-n перехода.

Участок АВ – практически линейный, на котором U_А>U_p-n и запорный слой полностью скомпенсирован, а в работе лишь остается линейное сопротивление p-n области.

б) ВАХ в непроводящем направлении

Так как в непроводящем направлении ток переносится неосновными носителями, которых мало, то обратный ток I_R очень мал и составляет мкА или мА при больших напряжениях U_R, достигающих 5 и более тыс.В.

Однако эта картина сохраняется на участке ОС, пока U_R<U_BR, где U_BR – максимальное напряжение пробоя p-n перехода. Если U_R>U_BR, то произойдет не восстанавливаемый пробой p-n перехода.

в) Особенности ВАХ лавинного диода.

В проводящем направлении ВАХ лавинного диода совпадает с ВАХ обычного диода. В непроводящем направлении на участке ОС лавинные и обычные диоды имеют одинаковые ВАХ, однако после точки С при приложении напряжения U_R>U_BR, лавинные диоды не пробиваются, пока обратный ток I_R≤I_Rmax. При дальнейшем увеличении напряжения I_R>I_Rmax и происходит не восстанавливаемый тепловой пробой.

На участке СD ВАХ имеет практически стабилизированную характеристику и U_R практически не меняется, потому что при ступенчатой форме перехода ширина запорного слоя в центре меньше, чем по краям. Следовательно, обратный ток I_R распределяется по центральной области равномерно, так как искажение кристаллической решетки при изготовлении его минимально и сопротивление его равномерно.

После точки D вся центральная область проводит ток I_R и с увеличением тока I_R происходит перегрев p-n перехода.

При плоском p-n переходе ток I_R (рис.1.7 а) походит по микроточкам, расположенным на периферии, искажение кристаллической решетки при изготовлении диода максимально.