Вольт-амперная характеристика диода. В силу особенностей структуры вольт-амперная характеристика диода отличает­ся от вольт-амперной характеристики идеального р-n-перехода

В силу особенностей структуры вольт-амперная характеристика диода отличает­ся от вольт-амперной характеристики идеального р-n-перехода. На рис. 3.2 для сравнения представлены характеристики диода и идеального р-n-перехода.

Область прямых напряжений

В области прямых напряжений вольт-амперная характеристика диода проходит более полого, чем вольт-амперная характеристика p-n-перехода, что объясняется наличием сопротивления базы r’_б, вследствие чего к p-n-переходу прикладывает­ся напряжение , поэтому уравнение вольт-амперной характеристики диода должно быть записано в виде

(3.1)

Чем меньше концентрация примеси в базе, тем больше сопротивление r’_б и тем положе проходит характеристика.

Тепловой ток i₀ в соответствии с (1.98) и (1.99) с учетом того, что N_a >> N_d, рас­считывают по одной из двух формул:

(3.2)

(3.3)

Здесь S — площадь р-n-перехода.

В тех случаях, когда W_б < L_P, тепловой ток определяется уравнением

(3.2a)

При W₆ << L_p тепловой ток определяется уравнением

(3.2б)

Принимая во внимание, что незначительное изменение напряжения существенно влияет на ток, целесообразно представить вольт-амперную характеристику ди­ода как зависимость напряжения от тока. Для этого надо прологарифмировать уравнение (3.1):

(3.4)

Первое слагаемое в полученном уравнении определяет падение напряжения на p-n-переходе, второе — на сопротивлении базы r’_б. В области малых токов преоб­ладает первое слагаемое, в области больших токов — второе.

Напряжение и, обеспечивающее получение требуемого тока i, зависит от тепло­вого тока ц, который, в свою очередь, зависит от концентрации дырок р_n в элект­ронной базе, определяемой соотношением

(3.5)

В кремниевом полупроводнике n_i ≈ 10¹⁰ см ^-3, а в германиевом n_i ≈ 10¹³ см ^-3, поэто­му тепловой ток кремниевых диодов на шесть порядков меньше теплового тока германиевых диодов. Следовательно, для получения одинаковых токов к крем­ниевому диоду должно быть приложено более высокое прямое напряжение, чем к германиевому, что следует из уравнений (3.4) и (3.5). Этим объясняется то, что прямая ветвь вольт-амперной характеристики кремниевого диода при одинако­вой площади перехода всегда сдвинута вправо относительно прямой ветви вольт-амперной характеристики германиевого диода.

При работе диода в области больших токов начальный участок вольт-амперной характеристики практически сливается с осью абсцисс, и на характеристике по­является характерный «пьедестал» (рис. 3.3). Наличие «пьедестала» отнюдь не означает отсутствие тока. Просто этот ток настолько мал, что его невозможно по­казать при малом значении прямого напряжения.

Если диод работает в области больших токов, то вольт-амперную характеристи­ку обычно аппроксимируют отрезками прямых линий. Для этого проводят каса­тельную к характеристике, которая отсекает на оси напряжений отрезок u_ПОР, на­зываемый пороговым напряжением. Тогда аппроксимированная характеристика описывается уравнением

(3.6)

Здесь r_Д = r’_б. Для германиевых диодов u_ПОР ≈ 0,3 В, для кремниевых u_ПОР ≈ 0,7 В.