Включение диода

.

Процесс включения диода состоит из двух этапов: переход из закрытого состояния в нейтральное ( , этап I) и переход из нейтрального состояния в открытое (, этап II). Эквивалентные схемы рассматриваемой цепи для этапов I и II представлены на рис.4.

На этапе I P N-переход закрыт, ток через диод , и согласно (5а) и (6а, б) диффузионная емкость диода . Эквивалентная схема диода представляет собой последовательное соединение барьерной емкости и сопротивления базы (рис.4,а). При поступлении от генератора э. д.с. перепада напряжения положительной полярности () в момент (рис.3,а) барьерная емкость заряжается током

,

И напряжение на барьерной емкости нарастает с постоянной времени

, (9)

Где — среднее значение барьерной емкости, стремясь к значению (рис.3,б). Этап I заканчивается в момент , когда Р П-переход отпирается (). Таким образом, длительность этапа I (задержка включения диода) определяется барьерной емкостью.

На этапе II P N-переход открыт, и напряжение на нем нарастает до установившегося значения В. Эквивалентная схема на рис.4,б показывает, что при условиях (8) и (7) токи и определяются внешней (по отношению к диоду) цепью:

(рис.3,в, г), а постоянная времени нарастания напряжения на P N-переходе составляет

. (10)

При достаточно большом значении прямого тока основную роль играет диффузионная емкость, которая согласно (6а) пропорциональна току. Из (10) и (6б) следует, что при

(11)

Таким образом, в диодах с толстой базой прямое напряжение на P n— переходе устанавливается примерно за время жизни неосновных носителей в базе, а в диодах с тонкой базой — за время пролета через базу.

Более точно длительность этого процесса определяется путем решения биполярного уравнения непрерывности в базе, которое для базы П-типа имеет вид

, (12)

При граничных условиях

, (13а)

(13б)

И начальном условии . Решение этого уравнения при позволяет определить зависимость из граничного условия Шокли

. (14)

Наглядное представление о процессе установления напряжения на P N— переходе дает рис.5, иллюстрирующий изменение распределения неосновных носителей в базе (для базы П-типа — дырок) во времени для этапа II. Для всех кривых в соответствии с граничным условием (13а) угол наклона y при один и тот же, а значение граничной концентрации дырок согласно (14) определяет напряжение на переходе. Как видно из рисунка, в течение переходного процесса форма кривой распределения неосновных носителей в базе существенно отличается от стационарной (кривая 4). Это означает, что накопление неосновных носителей в базе адекватно моделируется введением в эквивалентную схему диода диффузионной емкости только в том случае, когда длительность фронта управляющего сигнала много больше минимального из значений и .

Рис.5 показывает, что по мере установления стационарного напряжения на P N-переходе, т. е. по мере повышения граничной концентрации дырок общее количество дырок в базе увеличивается. Ввиду электронейтральности базы на столько же увеличивается концентрация электронов:

.

Если уровень инжекции в базе не является низким (не выполнено условие ), то удельная электропроводность базы

Повышается, что ведет к снижению сопротивления базы (эффект модуляции сопротивления базы). Этот эффект проявляется в снижении напряжений и на этапе II (рис.3,д, е).

Ссылка на основную публикацию