Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
смещение, когда барьер уменьшается, а обедненный слой сужается. В случае
обратного смещения через переход течет очень маленький ток, связанный с
тепловым разрушением ковалентных связей в обеих областях. Неосновные
носители имеют такую полярность, которая способствует их прохождению
через переход. Однако при комнатной температуре этот обратный ток у
кремниевого перехода настолько мал (порядка 1 нА), что на практике им
часто пренебрегают. Когда же переход смещен в прямом направлении,
потенциальный барьер понижается, нарушается равновесие и часть электронов
из я-области и дырок из /^-области теперь способны пересечь переход. Чем
больше напряжение прямого смещения, тем ниже потенциальный барьер, тем
большее число электронов и дырок проходит сквозь обедненный слой и,
следовательно, возникает ток, текущий через переход.
Следует отметить, что при увеличении э.д.с. прямого смещения, эффективное
сопротивление перехода уменьшается из-за понижения потенциального
барьера. В результате небольшое увеличение напряжения, приложенного в
прямом направлении, вызывает значительное увеличение тока. Обычно у
маломощных кремниевых диодов напряжение прямого смещения 0,6 В вызывает
ток около 1 мА, а при напряжении 0,8 В ток возрастает до 100 мА. Прямая и
обратная характеристики типичного маломощного кремниевого диода показаны
на графике зависимости тока от приложенной э.д.с. на рис. 1.11. Из
графика видно, что кремниевый переход практически не проводит ток, пока
э.д.с. прямого смещения не превышает 0,5 В. У германиевых переходов эта
величина меньше и составляет 0,2 В. Подробнее характеристики диода
рассматриваются в главе 6.
Рис. 1.11. Прямая и обратная характеристики полупроводникового
кремниевого диода.
2 Зак. 4729.
18 Усиление и транзисторы
Из сказанного следует, что ток может свободно протекать через диод в
одном направлении, а в другом направлении диод представляет собой почти
бесконечное сопротивление. Такая односторонняя характеристика указывает
на важное применение диодов: выпрямление, преобразование переменного
напряжения в постоянное. Эти вопросы обсуждаются в главе 9.
1.3.9 Лавинный пробой
Хотя при обратном смещении диод ведет себя как изолятор, дальнейшее
увеличение приложенного напряжения приводит к ситуации, когда переход
вдруг начинает проводить (рис. 1.12). Происходит это из-за электронов
теплового происхождения, приобретающих за счет электрического поля в
обедненном слое энергию, достаточную для образования новых пар электрон-
дырка при соударении с атомами кремния. Эти вновь образовавшиеся носители
затем сами создают свободные носители и лавина нарастает. Процесс не
приводит к разрушению перехода, если ограничить ток и тем самым не
допустить его перегрева. Лавинный пробой может происходить при
напряжениях от 5 В до 1000 В и выше. Напряжение пробоя зависит от
конструкции диода и степени легирования кремния. Значением напряжения
пробоя ограничивается обратное пиковое напряжение в выпрямителях.
Обратное напряжение (В) -ISO -100 -50
г
Лавинный пробой
J
Прямая ветвь характеристики
Рис. 1.12. Характеристика диода, смещенного в обратном направлении, с
типичным лавинным пробоем.
Выпускаются специальные диоды с низким напряжением пробоя, которые
называются зенеровскими, по имени Карла Зенера, который в 1934 году
открыл механизм электрического пробоя. Зенеровские диоды (стабилитроны -
Прим. перев.) обычно имеют очень высокую степень легирования, создающую
большую концентрацию основных носителей и позволяющую обедненному слою
оставаться тонким даже при обратном смещении перехода. В результате
градиент потенциала становится настолько большим, что пробой может
произойти при обратном напряжении менее 3 В. Очень крутая характеристика
пробоя, показанная на рис. 1.12, говорит о том, что падение напряжения на
диоде в режиме пробоя остается почти постоянным
Транзистор 19
при изменении обратного тока в широком диапазоне. Поэтому, стабилитроны
используются для стабилизации выходного напряжения в источниках питания
(глава 9). Строго говоря, понятие зенеровского пробоя включает в себя
туннельный эффект при преодолении потенциального барьера и применимо
только к диодам с напряжением пробоя менее 5 В, а при напряжении пробоя
более 5 В диоды правильнее называть лавинными.
Диод, смещенный в обратном направлении, ведет себя как небольшой
конденсатор с типичным значением емкости 2 пФ для маломощного кремниевого
диода. Обедненный слой ведет себя как диэлектрический изолятор между
проводящими "пластинами" п- и р-типа. Кроме того, с ростом смещающего
напряжения емкость немного падает, поскольку обедненный слой расширяется.
Путем соответствующего легирования создаются специальные диоды -
варикапы, для которых типичным является изменение емкости от 10 пФ до 2
пФ при увеличении обратного напряжения от 2 В до 30 В. Такие диоды широко
используются при настройке радиоприемников и телевизоров в диапазоне
метровых и дециметровых волн. Устройство для электронного управления
