Расчет пробивного напряжения при тепловом пробое

Чтобы оценить влияние разогрева на обратный ток диода, вводят понятие температурного коэффициента обратного тока (по аналогии с другими температурными коэффициентами — ТКρ, ТКR. TKε и т. д.):

(3.83)

Для полупроводниковых диодов значение температурного коэффициента обратного тока обычно около 0,1 К^–1, т. е. при тепловом пробое температура р‑n-перехода превышает температуру окружающей среды всего примерно на 10º К. Именно из-за малого перегрева р-n-перехода в начале развития теплового пробоя можно считать температурный коэффициент обратного тока величиной неизменной при изменении температуры. Конечно, при развитии теплового пробоя с дальнейшим увеличением обратного тока температура р-n-перехода может значительно повыситься — вплоть до плавления полупроводникового материала.

То есть, пробивное напряжение при тепловом пробое р-n-перехода определяется его обратным током, температурным коэффициентом обратного тока и тепловым сопротивлением. Особое внимание следует обратить на сильную зависимость напряжения теплового пробоя от температуры окружающей среды.

С увеличением температуры окружающей среды пробивное напряжение при тепловом пробое уменьшается (см. рис. 5). Пробивное напряжение уменьшается, во-первых, в связи с увеличением выделяющейся мощности при тех же обратных напряжениях и, во-вторых, из-за ухудшения теплоотвода от р‑n-перехода.

Так как пробивное напряжение при тепловом пробое зависит от обратного тока через диод при температуре окружающей среды, то в диодах с большими обратными токами даже при комнатных температурах создаются условия для теплового пробоя, и он наступает раньше, чем лавинный пробой. Это справедливо, в частности, для германиевых диодов. И наоборот, в кремниевых диодах из-за значительно меньших обратных токов напряжение тепловою пробоя получается настолько большим, что раньше наступает лавинный пробой. Однако это не означает, что в кремниевых диодах не может быть теплового пробоя. Он может происходить при высоких температурах окружающей среды. Кроме того, пробой может начаться как лавинный, а затем, по мере увеличения обратного тока, перейти в тепловой.

В связи с тем, что пробивное напряжение при тепловом пробое уменьшается с увеличением теплового сопротивления, на совершенство конструкции диода с точки зрения уменьшения его теплового сопротивления следует обратить особое внимание. Необходимо также отметить, что тепловое сопротивление может увеличиться из-за неправильной установки диода, когда он оказывается теплоизолированным. Напряжение теплового пробоя при этом может существенно уменьшиться. То же самое может произойти при изменении условий в окружающей среде (например, при понижении давления воздуха в связи с подъемом на большую высоту).