ВАХ реального диода

Особенности прямой ветви ВАХ реального диода поясняются рис. II.5.5. Для удобства ВАХ представлены в полулогарифмическом масштабе и в безразмерных координатах.

Vb/Ф т — I/h-

Рис. II.5.5. Особенности прямой ВАХ реального диода Пунктирная линия изображает ВАХ идеализированного диода

которая при V > Зфт> в выбранном масштабе представляет собой прямую линию с единичным наклоном.

ВАХ германиевого диода при температуре Т = 300 К практически совпадает с этой линией вплоть до точки D (длинная база, w_B «L_B) или точки Е (короткая база, w_B <$с L_B).

В диоде с длинной базой правее точки D ВАХ начинает вырождаться в линейную и в выбранном масштабе представляет собой медленно (логарифмически) нарастающую кривую. Точке D соответствует ток омического вырождения I_R и конец участка низкого уровня инжекции.

В диоде с короткой базой сопротивление базы маю и в выбранном масштабе ВАХ остается примерно линейной вплоть до точки Е, соответствующей началу участка высокого уровня инжекции. При высоком уровне инжекции (участок FG) ВАХ описывается уравнением (П. 5.31) и изображается прямой линией с тангенсом угла наклона у. Правее точки G соотношение (П. 5.31) становится несправедливым, так как эффективность эмиттера снижается и не может считаться близкой к 1.

ВАХ кремниевого диода при температуре Т = 300 К левее точки С определяется током рекомбинации в ОПЗ и на участке ВС, в соответствии с уравнением (П. 5.11), представляет собой прямую линию с тангенсом угла наклона, близким к У₂. В области больших токов поведение кремниевых и германиевых диодов качественно одинаково.

Для практических расчетов ВАХ часто аппроксимируется функцией.

где m > 1 — коэффициент неидеальности. Разумеется, коэффициент неидеалыюсти остается постоянным лишь в ограниченном диапазоне токов. Величина.

может служить критерием качества прямой ветви ВАХ диода, характеризуя степень ее нелинейности. В этом смысле идеализированный диод имеет наилучшее качество ВАХ, а все эффекты, отличающие ВАХ реального диода (сопротивление базы, ток рекомбинации в ОПЗ, эффекты высокого уровня инжекции), снижают качество ВАХ. На участке линейного вырождения качество ВАХ наихудшее (1 /т «:1).

На обратной ветви ВАХ ее качество определяется малостью обратного тока. В этом смысле идеализированный диод имеет наилучшее качество, так как его дифференциальное сопротивление г —> °о при увеличении обратного напряжения. Ток термогенерации снижает качество обратной ветви ВАХ, так как для него т~ 2.

В заключение отметим, что линейный участок ВАХ в полулогарифмическом масштабе с тангенсом угла наклона У при высоком уровне инжекции (участок FG на рис. II.5.5) редко удается наблюдать экспериментально, так как его теоретическое обоснование содержит слишком много допущений.

Основные выводы

• 1. В кремниевых диодах при малых токах существенную роль играют процессы генерации и рекомбинации носителей заряда в области р-п перехода. Первый из этих процессов приводит к увеличению обратного тока и его зависимости от напряжения. Второй процесс увеличивает прямой ток через диод, причем зависимость его от напряжения становится менее резкой, чем в идеализированной модели (коэффициент неидеальности т ~ 2).
• 2. При токах, больших тока омического вырождения, часть приложенного к диоду напряжения выделяется на сопротивлении базы. При этом в диодах с длинной базой ВАХ диода приближается к линейной. Сопротивление базы влияет на величину ТКН. При больших токах величина ТКН может стать положительной.
• 3. При больших прямых токах концентрация неосновных носителей в базе на границе с р-п переходом может превысить равновесную концентрацию основных носителей, что соответствует высокому уровню инжекции. При этом нарушаются граничные условия Шокли в базе, становится существенной дрейфовая составляющая тока неосновных носителей в базе, а в диодах с короткой базой уменьшается величина сопротивления базы. При высоком уровне инжекции зависимость тока от напряжения становится менее резкой, чем в идеализированной модели. Коэффициент неидеальности ВАХ р-п перехода близок к 2, а коэффициент неидеальности ВАХ диода — к 3. В диодах с короткой базой высокий уровень инжекции соответствует токам, большим тока омического вырождения.

4. Для практических расчетов ВЛХ удобно аппроксимировать функцией

где коэффициент неидеальности т можно считать постоянным в ограниченном диапазоне токов.