Сделай Сам Свою Работу на 5

Переходные процессы в диодах





Переходные процессы в п/п диодах связаны в основном с двумя явлениями, происходящими при быстром изменении напряжения на диоде или тока через диод.

Первое из них – это накопление неосновных носителей в базе диода при его прямом включении и их рассасывании при уменьшении напряжения. Так как электрическое поле в базе диода обычно невелико, то движение неосновных носителей в базе определяется законами диффузии и протекает относительно медленно. Поэтому накопление носителей в базе и их рассасывание могут влиять на свойства диодов в режиме переключения.

Второе явление, происходящее в диодах при переключении, это заряд и разряд барьерной ёмкости, что также происходит не мгновенно и поэтому влияет на свойства диодов.

При больших плотностях прямого тока через диод более существенным является накопление неосновных носителей в базе диода, а заряд и разряд барьерной ёмкости является второстепенным процессом. При малых плотностях тока переходные процессы в диодах определяются зарядом и разрядом барьерной ёмкости диода, в то время как накопление неосновных носителей в базе практически не сказывается.



Временные зависимости напряжения и тока, характеризующие переходные процессы в п/п диоде, зависят также от сопротивления внешней цепи, в которую включен диод. Поэтому рассмотрим четыре предельных случая переходных процессов в п/п диоде с несимметричным p-n переходом.

Работа диода в схеме с генератором напряжения(БВ).

Рассмотрим процессы, происходящие в п/п диоде при его включении на генератор напряжения, т.е. при включении диода в цепь с малым полным сопротивлением (в том числе и с малым сопротивлением источника питания) по сравнению с сопротивлением диода.

При подаче на диод прямого напряжения ток через диод устанавливается не сразу, т.к. с течением времени происходит накопление в базе инжектированных через p-n- переход неосновных носителей (дырок) и уменьшение в связи с этим сопротивления базы. Этот процесс модуляции сопротивления базы происходит не мгновенно, т.к. накопление дырок в базе связано с относительно медленным процессом диффузии их от p-n- перехода в глубь базы.



По мере накопления дырок и уменьшения сопротивления базы происходит перераспределение всего внешнего напряжения между сопротивлением базы и p-n-переходом; падение напряжения на базе диода уменьшается, а на p-n-переходе увеличивается, вызывая увеличение уровня инжекции. При длительном прохождении прямого тока процесс инжекции уравновешивается процессом их рекомбинации. Возникает некоторое установившееся состояние, характеризующееся таким распределением дырок в базе, при котором их концентрация превышает равновесную вблизи p-n-перехода и снижается, стремясь к равновесной, при удалении от него в глубь базы.

О величине тока через диод можно судить по градиенту концентрации дырок в базе диода около p-n-перехода. Градиент концентрации дырок около p-n-перехода возрастает с увеличением напряжения на p-n-переходе при постоянном напряжении на диоде и при уменьшении напряжения на базе диода. Следует отметить, что сопротивление базы диода уменьшается не только из-за увеличения концентрации неосновных носителей (дырок), но и из-за увеличения концентрации основных носителей (электронов). Концентрация электронов около p-n-перехода возрастает в соответствии с принципом нейтральности, согласно которому в любой части базовой области сумма всех зарядов должна быть равна нулю. Очевидно, что число накопленных дырок в базе тем больше, чем больше ток через диод и чем больше время жизни дырок.

При переключении диода с прямого напряжения на обратное в начальный момент наблюдается большой обратный ток, ограниченный в основном последовательным сопротивлением базы диода. Источник питания вместе с сопротивлением базы в этот момент можно считать генератором тока для p-n-перехода.



После переключения диода на обратное напряжение начинается процесс рассасывания неосновных носителей, накопленных в базе. Из-за ограничения обратного тока концентрация дырок не может мгновенно уменьшится до равновесного значения. Пока концентрация дырок в базе около p-n-перехода превышает равновесное значение, на p-n-переходе сохраняется прямое падение напряжения. После уменьшения концентрации дырок в базе около p-n-перехода до нуля величина обратного тока начинает уменьшаться со временем, о чём свидетельствует уменьшение градиента концентрации дырок около p-n-перехода. С течением времени все накопленные в базе дырки уходят через p-n-переход или рекомбинируют в базе диода, в результате чего обратный ток уменьшается до стационарного значения тока насыщения. В это время заканчивается восстановление обратного сопротивления диода.

Процесс рассасывания накопленных носителей происходит значительно медленнее процесса их накопления, поэтому именно процесс рассасывания и определяет частотные свойства большинства диодов.

 

 


Работа диода в схеме с генератором тока (БВ) соответствует включению диода в схему с большим сопротивлением, которое и определяет величину тока в цепи с диодом. Рассмотрим процессы, происходящие в диоде, при прохождении через диод импульса прямого тока прямоугольной формы.

В первый момент времени прохождения через диод импульса прямого тока на диоде падает относительно большое напряжение, которое в дальнейшем уменьшается из-за уменьшения сопротивления базовой области диода, связанного с накоплением неравновесных носителей в базе.

После окончания процесса накопления неосновных носителей в базе величины напряжений на диоде, на базе диода и на p-n-переходе достигают установившихся значений. Распределение дырок в базе в это время также соответствует некоторому установившемуся состоянию.


В момент окончания импульса тока через диод, т.е. в момент разрыва цепи с диодом исчезает падение напряжения на объёмном сопротивлении базы диода. Концентрация дырок в базе около p-n-перехода мгновенно измениться не может. Поэтому напряжение на p-n-переходе и соответственно на диоде после выключения тока уменьшается замедленно по мере рекомбинации неравновесных носителей в базе. Остаточное напряжение на диоде уменьшается до нуля после рекомбинации всех неравновесных носителей в базовой области диода.

 

Работа диода в схеме с генератором напряжения.(МВ) При приложении к диоду малого прямого напряжения эффект модуляции сопротивления базы диода из-за малого уровня пренебрежимо мал. Поэтому сопротивление диода в данном случае имеет ёмкостный характер. В первый момент напряжение на переходе близко к нулю, а ток через диод ограничен только сопротивлением базы диода. По мере заряда барьерной ёмкости напряжение на p-n-переходе и ток через диод стремятся к некоторым установившимся значениям, которые определяются активной составляющей сопротивления p-n-перехода.

В момент переключения диода напряжение на барьерной ёмкости не может измениться мгновенно, оно достигает установившегося значения через некоторое время. Ток через диод также зависит от времени, что характерно для ёмкостного сопротивления.

Работа диода в схеме с генератором тока.(МВ) Осциллограммы импульса прямого тока малой амплитуды и падения напряжения на диоде при питании диода от генератора тока представлены на рисунке. В первый момент пропускания импульса через диод весь ток состоит из ёмкостной составляющей. Поэтому напряжение на диоде в первый момент определяется падением напряжения на сопротивлении базы диода. По мере заряда барьерной ёмкости увеличивается и напряжение на диоде.


При выключении диода на нём некоторое время сохраняется остаточное напряжение, уменьшающееся со временем. Остаточное напряжение в данном случае связано с тем, что барьерная ёмкость остаётся ещё заряженной. По мере разряда этой ёмкости через активное сопротивление p-n-перехода диода уменьшается напряжение на ёмкости и остаточное напряжение на диоде.

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.