Реальная вольт-амперная характеристика p-n перехода

Реальная вольт-амперная характеристика p-n перехода отличается от теоретической характеристики. Это связано с тем, что в теоретической вольт-амперной характеристике не учитывается сопротивление p- и n- областей полупроводника, утечки тока по поверхности полупроводника, генерация электронов и "дырок" непосредственно в запирающем слое p-n перехода. Кроме того, при достаточно больших значениях обратного напряжения, происходит пробой p-n перехода.

Для того, чтобы снять прямую ветвь вольт-амперной характеристики p-n перехода, используются схемы, подобные принципиальной схеме эксперимента, приведенной на рисунке 1.

Схема для снятия прямой ветви ВАХ pn-перехода
Рисунок 1. Схема эксперимента для снятия прямой ветви вольт-амперной характеристики полупроводникового диода

А при измерении точек обратной ветви ВАХ — схема, приведенная на рисунке 2.

Схема для снятия обратной ветви ВАХ pn-перехода
Рисунок 2. Схема эксперимента для снятия обратной ветви вольт-амперной характеристики полупроводникового диода

Вольт-амперная характеристика, снятая таким образом, и совмещённая с теоретической, приведена на рисунке 3.

Реальная вольт-амперная характеристика pn-перехода
Рисунок 3. Реальная вольт-амперная характеристика p-n перехода

На графике прямой ветви видно что реальное сопротивление открытого диода больше теоретической кривой. Как уже упоминалось выше, это связано с влиянием омического сопротивления p- и n- областей полупроводника. Они соединены последовательно с p-n переходом, как это показано на эквивалентной схеме, приведенной на рисунке 4.

Эквивалентная схема полупроводникового диода
Рисунок 4. Эквивалентная схема полупроводникового диода

Так как сопротивления p- и n- областей полупроводника линейны, то их можно объединить в одно сопротивление r1. Теоретическая вольт-амперная характеристика p-n перехода определяется уравнением Эберса-Молла:

формула прямого тока pn-перехода,        (1)

Это фактически экспонента, поэтому в прямом направлении сопротивление p-n перехода очень быстро принимает нулевое значение. В результате сопротивление реального диода при достаточно больших напряжениях (больше напряжения Uк) будет определяться сопротивлением r1. В области малых напряжений сопротивление p-n перехода больше r1, поэтому общее сопротивление диода будет совпадать с сопротивлением rпер

При обратном включении диода вид вольт-амперной характеристики изменяется из-за генерации носителей зарядов и пробоем p-n перехода. Количество генерируемых носителей пропорционально объему запирающего слоя, который зависит от ширины p-n перехода. Поскольку ширина запирающего слоя пропорциональна , ток генерации будет расти при увеличении обратного напряжения. Поэтому на реальной характеристике при увеличении обратного напряжения до определенного значения наблюдается небольшой рост обратного тока.

Дата последнего обновления файла 14.05.2020

Литература:

  1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. - М.: Радио и связь, 1998. -560 с.
  2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. -М.: Энергоатомиздат, 1989.-496 с.
  3. Батушев В. А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. -383 с.
  4. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Методические указания и контрольные задания. СибГУТИ, 2002.

Вместе со статьей "Реальная вольтамперная характеристика p-n перехода" читают:

Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/

Прямое включение pn-перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/open/

Обратное включение pn-перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/close/

Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода
https://digteh.ru/foe/pn_perehod/vah_teor/


Поиск по сайту сервисом Яндекс
Поиск по сайту сервисом ГУГЛ
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором более 82 научных и научно-методических работ, в том числе 18 книг.

Top.Mail.Ru


Яндекс.Метрика