Запирание p-n – перехода

Рассмотрим переходные процессы, которые возникают при запирании p-n – перехода.

В исходном состоянии p-n–переход открыт приложенным к нему напряжением смещения Е (рис.3) и через него протекает прямой ток I_Д = I_пр .В момент времени t₀ подается перепад напряжения U_Г (рис.4, а). Амплитуда этого напряжения выбрана так, чтобы полностью запереть p-n–переход, переведя его в режим, определяющий координатами рабочей точки U_Д = Е – U_Г, I_Д = I_TS (рис.4, а).

Если исходить из вольтамперной характеристики p-n–перехода, то надо было ожидать следующее: в момент времени t₀ с появлением запирающего перепада напряжения U_Г ток p-n–перехода должен был скачком уменьшится до величины обратного тока насыщения I_TS и далее оставаться постоянным. На рис.4 эта эпюра показана штриховыми линиями. Наблюдаемое на практике изменение тока через p-n–переход имеет совершенно другую форму: в момент времени t₀ ток скачком уменьшается до величины I_{обр.имп}, значительно превышающую величину тока I_TS и равную

. (7)

В течение некоторого времени _рас этот обратный ток практически не изменяется (ри.5, б). Затем начинается спад обратного тока до своего установившегося значения I_TS . Эта стадия спада обратного тока длиться в течение времени _ср. Эту картину можно наблюдать экспериментально при помощи осциллографа, включив последовательно с p-n–переходом малое измерительное сопротивление R_изм (рис.3), падение напряжения на котором U_изм = I_ДR_изм будет пропорционально току, протекающему через p-n–переход.

Рис.3. Схема включения источника импульсного напряжения U_Г при запирании p-n–перехода

Рис. 4. Вольтамперная характеристика (а) и временная диаграмма тока (б), протекающего через p-n–переход при его запирании.

Экспериментальные результаты объясняются рассасыванием избыточных носителей заряда, накопленных в базе. При включении обратного напряжения происходит уменьшение заряда неосновных носителей в базе. Но в течение времени _рас переход остается все еще в открытом состоянии и ток, протекающий через него, практически определяется параметрами внешней цепи (формула (7)).

В момент t₁ переход смещается в обратном направлении, так как плотность заряда неосновных носителей в базе на границе переходного слоя становится меньше своей равновесной величины. Начинается спад тока, протекающего через переход.

По мере рассасывания носителей, оставшихся в базе после смещения перехода в обратном направлении, ток, уменьшаясь, стремится к своему установившемуся значению I_TS, определяемому обратным током насыщения.

Время, в течение которого происходит рассасывание избыточных носителей, пока переход включен в прямом направлении, называется временем рассасывания _рас.

Время, в течение которого ток p-n–перехода спадает со значения I_{обр.имп} до уровня 1.1I_TS , называется длительностью среза _ср.

Сумма времени рассасывания и длительности среза, характеризующая продолжительность переходного процесса при запирании p-n–перехода, называется временем восстановления обратного тока или обратного сопротивления _вос.

Время рассасывания определяется средним временем пролета неосновных носителей через область базы. Длительность среза зависит от величины зарядной (барьерной) емкости, рассасывания остатка неосновных носителей из базы, продолжительность которого в свою очередь характеризуется дисперсией времени пролета носителей в инверсном направлении.