4.3. Температурные свойства

На электропроводность полупроводников значительное влияние оказывает температура.

При повышении температуры усиливается генерация пар носителей заряда, т.е. увеличивается их концентрация и возрастает проводимость.

Как видно из рис. 4.4 - при повышении температуры прямой и обратный токи растут.

У германиевыхдиодов обратный ток возрастает примернов 2 разапри повышении температурына каждые 10 С. Это выражается следующим соотношением:

i_ОБР(t) = i_{ОБР (20)}* 2^{(t – 20) / 10}. (4.4)

Следовательно, если температура поднялась с 20до 70С, тоi_ОБРувеличивается в 2⁵, т.е. в 32 раза. Кроме того, с повышением температуры у германиевых диодов снижается напряжение электрического пробоя.

У кремниевыхдиодов при нагревена каждые 10Собратный ток увеличивается примернов 2,5 раза.

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

4.4. Рабочий режим диода

На рис. 4.5,а приведено условно-графическое обозначение (УГО) выпрямительного диода с обозначением его электродов: А – анод, К – катод. Прямой ток проходит тогда, когда анод имеет положительный потенциал относительно катода. Следовательно, треугольник следует рассматривать как острие стрелки, показывающийусловное направлениепрямого тока. Именно в этом направлении при прямом токе движутся дырки. Известно, что за условное направление электрического тока принято движение положительных зарядов (противоположное движению электронов).

Режим диода с нагрузкой называют рабочим(рис. 4.5,б). Если бы диод обладал линейным сопротивлением, то расчет тока в подобной схеме не представлял бы затруднений, т.к. общее сопротивление цепи равно сумме сопротивления диода постоянному токуR₀и сопротивления нагрузочного резистораR_Н. Но диод обладает нелинейным сопротивлением, и значениеR₀у него изменяется при изменении тока. Поэтому расчет тока производят графическим способом.

Задача состоит в следующем: известны Е, R_Ни ВАХ диода, требуется определить ток в цепи и напряжение на диоде.

Характеристику диода следует рассматривать как график некоторого уравнения, связывающего величины i и u(рис. 4.5,в). А для сопротивленияR_Н подобным уравнением является закон Ома:

I = u_R / R_Н = (Е – u_D) / R_Н. (4.5)

Итак, имеются два уравнения с двумя неизвестными i и u, причем одно из уравнений задано графически. Для решения такой системы уравнений необходимо построить график второго уравнения и найти координаты точки пересечения двух графиков.

Уравнение для сопротивления R_Н– это уравнение первой степени, поэтому его графиком является прямая линия - линия нагрузки. Обычно ее строят по двум точкам. Приi = 0 из уравнения (4.5) получаем: Е –u_D = 0 илиu_D = E, что соответствует точкеАна рис. 4.5,в. А еслиu_D = 0, тоi = E / R_Н. Откладывают этот ток на оси ординат (точкаВ). Через эти точки проводят прямую, которая и является линией нагрузки. Координаты точки пересечения графиковТдают решение задачи. Следует отметить, что все остальные точки прямойАВне соответствуют каким-либо режимам диода.

При построении линии нагрузки для сравнительно малых значений R_НточкаВможет оказаться за пределами чертежа. В этом случае следует отложить от точкиАвлево произвольное значение напряжения (точкаС) (рис. 4.5,г) и вверх отложить ток, равныйU / R_Н(отрезокСВ). Прямая, проведенная через точкиАиВявляется линией нагрузки. Координаты точки пересеченияТдают искомые значения параметров цепи.

Следует отметить, что графический расчет не требуется, если R_НR₀. В этом случае допустимо пренебречь сопротивлением диода и определять приближенно ток по формуле i = E / R_Н.

Рассмотренные методы можно применить для амплитудных или мгновенных значений, если источник Е является переменным.

Иногда возникает необходимость в определении некоторых параметров полупроводникового диода:

• сопротивление постоянному току в прямом смещении

R₀ = U_ПР/I_ПР; (4.6)

• сопротивление при обратном смещении

R₀ = U_ОБР/I_ОБР; (4.7)

• сопротивление диода переменному току (дифференциальное)

R_i = U_ПР/I_ПР; (4.8)

• крутизна ВАХ для прямого тока

S = I_ПР / U_ПР. (4.9)