Температурные свойства полупроводниковых диодов

На электропроводность полупроводников значительное влияние оказывает температура. При повышении температуры усиливается генерация пар носителей заряда, т. е. увеличивается концентрация носителей и проводимость растет. Поэтому свойства полупроводниковых диодов сильно зависят от температуры. Это наглядно показывают вольт-амперные харак­теристики, снятые при различной температуре (рис. 3.5). Как видно, при повышении температуры прямой и обратный токи растут. Очень сильно увеличивается обратный ток, что объясняется уси­лением генерации пар носителей. Для германиевых диодов обратный ток возрастает примерно в 2 раза при повышении температуры на каждые 10 °С.

Рис. 3.5. Влияние температуры на вольт-амперную ха­рактеристику диода

 

Это можно выразить следующей формулой:

. (3.6)

Следовательно, если температура поднялась с 20 до 60 °С, то I_обр уве­личивается в 2⁴, т.е. в 16 раза. У кремниевых диодов при нагреве на каждые 10 °С обратный ток увеличи­вается примерно в 2,5 раза.

С повышением температуры несколько возрастает барьерная емкость диода. Температурный коэффициент емкости (ТКЕ), показывающий относительное из­менение емкости при изменении температуры на один градус, равен 10^-4— 10^-3 K^-1.

Рабочий режим диода

В практических схемах в цепь диода включается какая-либо нагрузка, напри­мер резистор R_H (рис. 3.6, а)Прямой ток проходит тогда, когда анод имеет положительный потенциал относительно катода.

Рис. 3.6. Схема включения диода с нагрузкой и построение линии нагрузки

 

Диод является нелинейным сопротивлением, и значение сопротивления диода по постоянному току R_F изменяется при изменении тока. Поэтому расчет тока делают графически. Задача состоит в следующем: известны Е, R_H и характеристика диода, требуется определить ток в цепи и напряжение на диоде.

Характеристику диода следует рассматривать как график уравнения (3-1), связывающего величины I и U. А для сопротивления нагрузки R_H подобным уравне­нием является закон Ома:

I = U_H /R_H = (E - U) / R_H. (3.7)

Итак, имеются два уравнения с двумя неизвестными I и U, причем уравнение (3.1) дано графически. Для решения такой системы уравнений надо построить график второго уравнения (3.7) и найти координаты точки пересечения двух гра­фиков.

Уравнение для сопротивления R_H — это уравнение первой степени относительно I и U. Его графиком является прямая линия, называемая линией нагрузки. Проще всего она строится по двум точкам на осях координат. При I = 0 из уравнения (3-7) получаем:

Е — U = 0 или U = Е,

 

что соответствует точке А на рис. 3.6,б. А если U = 0, то:

I = E/R_H.

Откладываем этот ток на оси ординат (точка Б). Через точки А и Б проводим прямую, которая является линией нагрузки (ЛН). Координаты точки Q дают решение поставленной задачи.

Свойства последовательной цепи зависят главным образом от свойств участка цепи, имеющего большее сопротивление. Поэтому чем больше сопротивление R_Н тем меньше нелинейность результирующей характеристики. Следует отметить, что графический расчет рабочего режима диода можно не делать, если R_H» R_пр. В этом случае допустимо пренебречь сопротивлением диода и определять при­ближенно ток по формуле I ≈ Е / R_H.