Характеристики идеального диода на основе p-n перехода. Полупроводниковый диод Нелинейный электронный прибор с двумя выводами. В зависимости от внутренней структуры, типа, количества и уровня легирования внутренних элементов диода и вольт – амперной характеристики свойства полупроводниковых диодов бывают различными. Основу выпрямительного диода составляет обычный электронно-дырочный переход.

ВАХ идеального диода ВАХ такого диода имеет ярко выраженную нелинейность, приведенную на рисунке. В прямом смещении ток диода инжекционный, большой по величине и представляет собой диффузионную компоненту тока основных носителей. При обратном смещении ток диода маленький по величине и представляет собой дрейфовую компоненту тока неосновных носителей.

Уравнения ВАХ При этом данная нелинейная ВАХ описывается следующим уравнением: J=J s (e βVg -1) В состоянии равновесия суммарный ток, обусловленный диффузионными и дрейфовыми токами электронов и дырок, равен нулю. j pE – j nD + j nE – j pD = 0

Дифференциальные параметры идеального диода К таким параметрам относятся коэффициент выпрямления, характеристические сопротивления и емкости диода. На приведённых графиках показаны зависимости: характеристического сопротивления r D от величины тока при прямом смещении и емкости диода от обратного смещения.

Выпрямление в диоде Одним из главных свойств полупроводникового диода на основе p-n перехода является резкая асимметрия вольт - амперной характеристики: высокая проводимость при прямом смещении и низкая при обратном. Это свойство диода используется в выпрямительных диодах. На рисунке приведена схема, иллюстрирующая выпрямление переменного тока в диоде.

Коэффициент выпрямления идеального диода на основе p-n перехода К равен отношению прямого тока к обратному току диода. где β=q/kT Как следует из соотношения при значениях переменного напряжения, модуль которого Vg меньше, чем тепловой потенциал kT/q, полупроводниковый диод не выпрямляет переменный ток. Коэффициент выпрямления достигает приемлемых величин при значениях Vg по крайней мере в 4 раза больших, чем тепловой потенциал kT/q, что при комнатной температуре Т = 300 К соответствует значению напряжения Vg = +/-0,1 В.

Характеристическое сопротивление r D Различают два вида характеристического сопротивления диодов: дифференциальное сопротивление r D и сопротивление по постоянному току R D. Дифференциальное сопротивление определяется как На прямом участке вольт - амперной характеристики диода дифференциальное сопротивление r D невелико и составляет значение несколько Ом. На обратном участке вольт - амперной характеристики диода дифференциальное сопротивление r D стремится к бесконечности, поскольку в идеальных диодах при обратном смещении ток не зависит от напряжения.

Сопротивление по постоянному току R D определяется как отношение приложенного напряжения Vg к протекающему току I через диод: На прямом участке вольт - амперной характеристики сопротивление по постоянному току больше, чем дифференциальное сопротивление R D > r D, а на обратном участке - меньше R D < r D. В точке вблизи нулевого значения напряжения Vg

Эквивалентная схема диода С учетом полученных дифференциальных параметров можно построить эквивалентную малосигнальную схему диода для низких частот. В этом случае наряду с уже описанными элементами - дифференциальным сопротивлением и емкостями диода необходимо учесть омическое сопротивление квазинейтрального объема базы (r об ) диода. Сопротивление квазинейтрального объема эмиттера можно не учитывать, поскольку в диодах эмиттер обычно легирован существенно более сильно, чем база.