Прямая ветвь ВАХ реального p-n перехода
Под прямой ветвью ВАХ реального p-n перехода понимается зависимость прямого тока перехода от величины прямого напряжения: Iпр=f(Uпр), которая описывается выражением
и должна быть экспоненциальной, как показано на рис.16 (кривая 1), прямая ветвь ВАХ реального p-n перехода изображена кривой 2.
На прямую ветвь ВАХ реального p-n перехода оказывают влияние: материал полупроводника, используемый для изготовления p-n перехода; сопротивление базы p-n перехода; температура окружающей среды.
Характеристика близка к экспоненциальной только в начале зависимости - участок ОА ВАХ, а далее рост тока при увеличении прямого напряжения замедляется и характеристика становится более пологой - участок АВ ВАХ. Этот участок характеристики называют омическим, поскольку здесь оказывает влияние объемное сопротивление базы rБ p-n перехода. Ток, протекая через rБ , создает падение напряжения:
,
с учетом которого уравнение ВАХ принимает вид
.
 |
|
Рис.16
Объемное сопротивление базы находится по формуле 
,
где rБ - удельное электрическое сопротивление полупроводника области базы; WБ - ширина базы; S - площадь сечения базы.
Влияние объемного сопротивления базы на прямую ветвь ВАХ реального p-n перехода проявляется в виде смещения прямой ветви в сторону больших значений прямых напряжений. Поэтому, чем больше rБ, тем положе идет прямая ветвь ВАХ реального p-n перехода, как и отмечено на рис.16. Как правило, p-n переходы с большими значениями rБ выполняются для повышения высоковольтности, то есть для увеличения допустимого рабочего обратного напряжения на p-n переходе.
Даже при одинаковых условиях ( одинаковая концентрация примесей; постоянная температура окружающей среды ) ВАХ p-n переходов, выполненных из разных полупроводниковых материалов, различны. Главная причина этого отличия - различное значение ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов. Чтобы появился прямой ток, необходимо уменьшить величину потенциального барьера. Для этого на p-n переход нужно подать прямое напряжение, близкое к значению контактной разности потенциалов. В p-n переходе на основе германия jк=0,3¸0,4 В, в p-n переходе на основе кремния jк=0,6¸0,8 В, а в p-n переходе на основе арсенида галлия jк=1,0¸1,2 В, поэтому прямая ветвь ВАХ кремниевого p-n перехода относительно германиевого смещается вправо на (0,3¸0,5) В, а в
p-n переходе на основе арсенида галлия это смещение ВАХ происходит еще больше, что и отражено на рис.17.
Сдвиг вправо прямых ветвей ВАХ кремниевых и арсенидо-галлиевых p-n переходов объясняется еще тем, что
IоSi<<IоGe, IоGaAs<<IоSi,
а Uпр Si>Uпр Ge и Uпр GaAs>Uпр Si.
 |
Рис.17
С увеличением температуры окружающей среды растет прямой ток p-n перехода. Выражение для прямого тока можно записать в виде
.
Отсюда следует, что при увеличении температуры показатель степени экспоненты уменьшается, но ток Iо растет быстрее, как отмечалось, он удваивается при увеличении температуры на каждые 10°С, и, используя выражение для Iо, можно записать выражение для прямого тока в виде
.
Влияние температуры на прямую ветвь ВАХ реального p-n перехода представлено на рис.18.
Для оценки влияния температуры вводится
температурный коэффициент напряжения прямой ветви, под которым понимается величина, показывающая, на сколько изменится прямое напряжение для получения одной и той же величины прямого тока при изменении температуры на 1 градус.
 |
ТКНпр=DUпр/DT при Iпр=const .
|
Рис.18
По ВАХ, приведенным на рис. 18, температурный коэффициент напряжения прямой ветви определяется формулой
ТКНпр=(Uпр2-Uпр1)/(T2-T1) при Iпр=Iпр1 .
Обычно ТКНпр » - (1¸3) мВ/° С.
Как видно, значение ТКН меньше нуля. Физическое объяснение этого факта сводится к следующему. При увеличении температуры уменьшается контактная разность потенциалов (а значит, и потенциальный барьер), энергия основных носителей заряда возрастает, следовательно, возрастает количество основных носителей, энергия которых больше потенциального барьера, соответственно растет диффузионная составляющая тока и прямой ток увеличивается (рис.18 при фиксированном значении Uпр= Uпр2).
?>