Инерционность полупроводникового диода обусловлена двумя факторами: 1) при изменении напряжения на P — N-Переходе изменяется его ширина и, следовательно, заряды ионов примеси в области объемного заряда (ОПЗ) перехода; 2) стационарное распределение неосновных носителей в базе и эмиттере не может установиться мгновенно при изменениях тока или напряжения. На Эквивалентной схеме диода (рис.1) изменение зарядов ионов в ОПЗ P — N-Перехода моделируется Барьерной емкостью 
, а изменение зарядов неосновных носителей в базе и эммитере — Диффузионной емкостью 
.
На рис.1 ток 
соответствует току носителей заряда, инжектируемых через ОПЗ. ВАХ идеального диода имеет вид
, (1)
Где 
— напряжение на P — n-Переходе, 
— тепловой ток, 
— температурный потенциал. Напряжение на диоде 
складывается из напряжений на P — n-переходе и на сопротивлении базы 
:
. (2)
Барьерная емкость P — N-Перехода определяется его шириной 
, зависящей от напряжения на переходе :
, (3)
Где 
и 
— диэлектрическая проницаемость полупроводника и вакуума, 
— площадь P — n-Перехода. Ширина перехода Определяется соотношением
,
Где 
— равновесная ширина перехода (при 
), 
— контактная разность потенциалов. Показатель степени корня 
зависит от распределения примеси в ОПЗ. Для ступенчатого перехода 
, для линейного 
.
Таким образом, зависимость барьерной емкости от напряжения на P — N-Переходе определяется соотношением
, (4)
Где 
— равновесное значение емкости (при ).
Диффузионная емкость диода складывается из диффузионных емкостей базы и эмиттера:
, (5)
Где
, 
,
и 
— абсолютные значения зарядов избыточных носителей (электронов и дырок), накопленных в базе и эмиттере. Заряды и пропорциональны неравновесным концентрациям неосновных носителей в базе и эмиттере соответственно. Обычно эмиттер диода легируется значительно сильнее, чем база. При этом 
, и
. (5а)
При низком уровне инжекции диффузионная емкость базы определяется соотношениями
(6а)
Или
, (6б)
Где 
— время жизни неосновных носителей заряда в базе, 
— среднее время пролета неосновных носителей через базу, 
— коэффициент диффузии неосновных носителей в базе, 
— диффузионная длина неосновных носителей в базе,
—
Дифференциальное сопротивление P — N-перехода. Из (1) следует, что
.
Отметим, что 
. Поэтому неравенства 
и 
в соотношениях (6а, б) эквивалентны неравенствам 
и 
соответственно.
Процесcы накопления и рассасывания избыточных носителей заряда в базе моделируются диффузионной емкостью лишь при достаточно малой скорости изменения их заряда, когда распределение избыточных носителей в базе близко к стационарному. Поэтому эквивалентная схема диода на рис.1 является приближенной. Более точное описание процессов переключения диода требует решения нестационарного уравнения непрерывности с использованием соответствующих граничных и начальных условий.
Пусть диод переключается ступенчатым перепадом напряжения, поступающим от генератора э. д.с. с выходным сопротивлением 
(рис.2). Для простоты положим, что выходное сопротивление генератора много больше сопротивления базы диода
, (7)
А э. д.с. 
и 
значительно превышают напряжение на открытом Р — П-переходе:
при 
. (8)
Общая картина переходных процессов при переключении диода показана на рис.3. Процессы включения (перехода из закрытого в открытое состояние) диода и процесс его выключения (перехода из закрытого в открытое состояние) сопровождаются различными физическими эффектами.
Загрузка...
