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).
Загрузка...