Ємності p-n переходу.

При подачі на p-n перехід змінної напруги в ньому проявляються ємнісні властивості. Утворення p-n переходу пов'язане з виникненням просторового заряду, створюваного нерухомими іонами атомів донорів і акцепторів. Прикладена до p-n переходу зовнішня напруга змінює величину просторового заряду в переході. Отже, p-n перехід веде себе як своєрідний плоский конденсатор, обкладинками якого служать області n і p типу поза переходом, а ізолятором є область просторового заряду, збіднена носіями заряду, яка має великий опір. Така ємність p-n переходу назива-ється бар'єрною - С_б. Особливістю бар'єрної ємності є її залеж-ність від зовнішньої прикладеної напруги. Залежність С_б=f(Uзвор) називається вольтфарадною характеристикою - ВФХ (рис.). Залежно від площі переходу, концентрації легуючої домішки і зворотного напруги С_бможе набувати значення від одиниць до сотень пікофарад. Бар'єрна ємність проявляється при зворотній напрузі; при прямій напрузі вона шунтується малим опором переходу r_pn.

Крім бар'єрної ємності p-n перехід має так звану дифузійну ємність C_ДИФ. Дифузійна ємність пов'язана з процесами накопичення та розсмоктування нерівноважного заряду в базі і характер-ризує інерційність руху нерівноважних зарядів в області бази. Величина дифузійної ємності пропорційна струму через p-n перехід. При прямій напрузі значення дифузійної ємності може досягати десятків тисяч пікофарад. Сумарна ємність p-n переходу визначається сумою бар'єрної та дифузійної ємностей. При зворотній напрузі C_б>C_ДИФ; при прямій напрузі переважає дифузійна ємність C_ДИФ >> C_б.

Прослушать

Pry podachi na pn-perekhid zminnoï napruhy proyavlyayutʹsya yemnisni vlastyvosti.
Osvita pn-perekhodu pov'yazano z vynyknennyam prostorovoho zaryadu, stvoryuvanoho nerukhomymy ionamy atomiv donoriv i aktseptoriv. Prykladenu do pn-perekhodu zovnishnya napruha zminyuye velychynu prostorovoho zaryadu v perekhodi. Otzhe, pn perekhid vede sebe yak svoyeridnyy̆ ploskyy̆ kondensator, obkladynkamy yakoho sluzhatʹ oblasti n-i p-typu poza perekhodu, a izolyatorom ye oblastʹ prostorovoho zaryadu, zbidnena nosiyamy zaryadu i maye velykyy̆ opir.
Taka yemnistʹ pn-perekhodu nazyvayetʹsya bar'yernoï. Osoblyvistyu bar'yernoï yemnosti ye ïï zalezhnistʹ vid zovnishnʹoho prykladenoï napruhy.
Zalezhnistʹ bar'yernoï yemnosti vid zvorotnoho napruhy nazyvayetʹsya volʹtfaradnoy̆ kharakterystykoyu (dyv. rys. 2.6). Zalezhno vid ploshchi perekhodu, kontsentratsiï lehuyuchoï domishky i zvorotnoho napruhy bar'yerna yemnistʹ mozhe nabuvaty znachennya vid odynytsʹ do sotenʹ pikofarad. Bar'yerna yemnistʹ vyyavlyayetʹsya pry zvorotnomu napruzi; pry pryamomu napruzi vona shuntuyetʹsya malym oporom rpn.
Krim bar'yernoï yemnosti pn-perekhid maye tak zvanoï dyfuziy̆noï yemnistyu. Dyfuziy̆na yemnistʹ pov'yazana z protsesamy nakopychennya ta rozsmoktuvannya nerivnovazhnoho zaryadu v bazi i kharakteryzuye inertsiy̆nistʹ rukhu nerivnovazhnykh zaryadiv v oblasti bazy.
Velychyna dyfuziy̆noï yemnosti proportsiy̆na strumu cherez pn-perekhid. Pry pryamomu napruzi znachennya dyfuziy̆noï yemnosti mozhe dosyahaty desyatkiv tysyach pikofarad. Sumarna yemnistʹ pn-perekhodu vyznachayetʹsya sumoyu bar'yernoï ta dyfuziy̆noï yemnostey̆. Pry zvorotnomu napruzi CB> CDIF; pry pryamomu napruzi perevazhaye dyfuziy̆na yemnistʹ CDIF>> CB.

Словарь - Открыть словарную статью

Еквівалентна схема p-n переходу на змінному струмі представлена на рис. На ній паралельно диференційному опору p-n переходу r_pn включені дві ємності C_б та C_ДИФ;
послідовно з r_pn ввімкнений об'ємний опір бази r_Б. Зі зростанням частоти змінної напруги, поданої на p-n перехід, ємнісні властивості проявляються все сильніше, r_pn шунтується ємнісним опором і загальний опір p-n переходу визначається об'ємним опором бази. Таким чином, на високих частотах p-n перехід втрачає свої нелінійні властивості.

Напівпровідниковий діод - це напівпровідниковий прилад з одним переходом і двома відводами.

В якості випрямляючого електричного переходу використовується електронно-дірковий р-n перехід, що розділяє р та n області кристала напівпровідника. По суті, до р і n областей кристалу приварюються або припаюються металеві відводи, і вся конструкція монтується в металевий, металокерамічний, скляний або пластмасовий корпус. Тому основні характеристики і параметри діода визначаються властивостями переходу. Перш за все, це його випрямляючі властивості.
Так як зворотні струми невеликі, а індивідуальний розкид може бути значними, то в технічній документації діода вказують максимально можливі їх величини, отримані за певних умов. Обчислення прямого струму через діод проводять за формулою:

де m – поправочний коефіцієнт, для кремнієвих діодів може приймати значення 2 і вище.

Нормальна робота діода в якості елемента з односторонньою провідністю можлива лише в режимах, коли зворотня напруга не перевищує пробивного значення. Можливість теплового пробою діода враховується вказаною в паспорті на прилад допустимою зворотною напругою U_звор.max і температурного діапазону роботи. Напруга пробою залежить від типу діода і температури навколишнього середовища.

Пряма гілка ВАХ германієвих діодів починається практично з початку координат, кремнієвих діодів - розташована значно правіше, і ще більший зсув у діодів на основі сполук галію. Помітні струми у малопотужних кремнієвих діодів починаються при прямих напругах 0,2 ... 0,5 В, світлодіодів - 1,2 ... 1,6 В. Можна вважати, що у діодів є деяка порогова напруга Uпор, нижче якої прямий струм через діод дорівнює нулю.

Діоди, виконані на основі переходу Шотки (діоди Шотки), мають менше пряме падіння напруги та більшу швидкодію, ніж діоди з p-n переходом. Ці переваги визначають області застосування діодів Шотки - виготовлення потужних високочастотних випрямних діодів.

Умовні графічні позначення напівпровідникових діодів: 1 - випрямний або імпульсний діод; 2 - стабілітрон і стабістор; 3 - симетричний стабілітрон; 4 - Варикап; 5 - тунельний діод; 6 - світловипромінюючий діод; 7 –

фотодіод.