преобладает падение напряжения в базе иб=1гб, которое с увеличением тока / растет быстро и линейно, а напряжение в переходе {7п=пр-6 - более медленно (логарифмически). Вследствие этого наступает вырождение экспоненциальной зависимости, и прямая ветвь реальной характеристики диода идет более полого (см. участок за точкой О на рис. 4.3, а), чем теоретическая характеристика. В этом режиме прямой ток диода в основном определяется сопротивлением базы и линейно зависит от приложенного напряжения.

Практически вырожденный участок ВАХ, часто называемый омическим, соответствует ее основной рабочей области. При высоком уровне инжекции сопротивление базы несколько уменьшается и характеристика идет круче. Для германиевых диодов характерна большая, чем для кремниевых, крутизна омического участка (см. рис. 4.3, а), что объясняется более высокой подвижностью их носителей заряда.

Рассмотрим физические процессы в базе. Инжекция неосновных носителей из эмиттера сопровождается образованием избыточной концентрации неосновных носителей в базе Ар=р„-р„„ (см. рис. 2.9).

Образование избыточной концентрации дырок в базе приводит к возникновению внутреннего электрического поля, напряженность которого направлена от перехода в толщу базы. Под действием этого поля из базы к переходу движутся электроны и создают объемный заряд, примерно равновеликий заряду дырок. Полной компенсации заряда дырок обычно не наступает. В базе сохраняется некоторое остаточное поле, определяемое избыточной концентрацией дырок Др над концентрацией основных носителей Пп-

При низком уровне инжекции Лр<С«п поле в базе невелико и его влияние на движение носителей мало. В этом режиме инжектированные в базу дырки движутся в толщу базы лишь за счет возникшего градиента их концентрации. Сама база при этом остается квазинейтральной, так как влияние объемного заряда инжектированных дырок незначительно.

При высоком уровне инжекции АрПп поле, возникающее в базе, вызывает дрейфовое движение неосновных носителей. В этом режиме диффузия носителей дополняется их дрейфом, вследствие чего возрастает скорость перемещения дырок в толщу базы.

Обратная ветвь ВАХ снимается при подаче на диод обратного Напряжения. Обратный ток диода содержит ряд составляющих. Основные составляющие обратного тока изображены на нижней части ВАХ идеализированного р-п-перехода (см. рис. 3.7). Отличие обратных ветвей ВАХ реального диода (см. рис. 4.3, а) и идеального р-п-перехода (см. рис. 3.7) в основном обусловлено влиянием тока генерации Ig в объеме и на поверхности перехода, а также тока утечки /у по его поверхности.

Температурная зависимость ВАХ уясняется из рис. 4.3, б. Изменения температуры вызывают смещение прямой и обратной ветвей ВАХ диодов. С повышением температуры [см. (3.8)] возрастут

тепловой ток /о и токи генерации Ig пар зарядов в переходе. Они определяют ход обратной ветви характеристик соответственно германиевого и кремниевого диодов. При этом возрастает полный обратный ток [см. (3.24)] диода.

Температурная зависимость прямой ветви характеристик вызывается изменением токов теплового 1о, генерации Ig и рекомбинации 1г в самом переходе.

При повышении температуры увеличивается удельная проводимость полупроводника, снижается падение напряжения на базе, возрастает крутизна омического участка прямой ветви ВАХ диода. Температурную зависимость прямой ветви ВАХ оценивают температурным коэффициентом напряжения ТКН

Е.,=Д£/пр/ДГ<0.

ТКН характеризует изменение прямого напряжения, вызванное изменением температуры на 1°С при определенном значении прямого тока. ТКН имеет отрицательный знак и принимается для перехода 8т = -2 мВ/°С.

Вольт-омная характеристика BOX. Зависимость дифференциального сопротивления диода от приложенного к нему прямого и обратного напряжений Гдиф=ф(С/пр, Uov) представлена на рис. 4.3,6. В области прямого напряжения Гдиф стремится к малой постоянной величине (участок ав). В области обратного напряжения при ji7<l В сопротивление быстро достигает максимума Гдиф.макс, а по мере приближения к пробивному [/проб снижается. Диод обладает хорошим выпрямляющим действием, если BOX имеет крутой спад в области нулевого потенциала

§ 4.3. Параметры полупроводниковых диодов

Под параметрами диодов понимают величины, характеризующие их свойства или режим работы (электрический, механический, климатический). К электрическим параметрам относят токи в цепях электродов и напряжения на них, сопротивления и емкости, рабочую частоту и другие. Параметрами, характеризующими допустимые механические нагрузки на диоды, служат ускорение, интенсивность вибраций и ударов. Допустимый климатический режим определяет температура, давление, влажность окружающей среды.

Различают параметры номинального и предельного режимов работы. Номинальное значение параметра соответствует нормальному (исходному) режиму работы. Параметры предельного режима характеризуют их максимально допустимые значения, при которых обеспечивается надежность прибора при длительной работе.

Здесь рассмотрим параметры наиболее широко распространенных групп выпрямительных и универсальных диодов, опуская специфические параметры диодов специального назначения. Диоды применяют в цепях как постоянного, так и переменного тока, поэтому для оценки их свойств наряду с параметрами на постоянном то-

ке пользуются дифференциальными параметрами, характеризующими их работу на переменном токе. К основным параметрам, по которым оценивают свойства и взаимозаменяемость диодов, относят токи и напряжения, обозначенные на их нелинейных ЪАХ.

Средний выпрямленный (прямой) ток /пр представляет собой ток (среднее значение за период), проходящий через диод, при котором обеспечивается его надежная и длительная работа. Значение этого тока ограничивается максимальной мощностью Рмакс рассеиваемой диодом и определяющей его разогрев. Превыщение этого тока ведет к тепловому пробою и повреждению диода.

Прямое падение напряжения f/np ср - среднее значение за период на диоде при прохождении через него допустимого прямого тока.

Допустимое обратное напряжение Uo6p - среднее значение за период, при котором обеспечивается надежная длительная работа диода. Превыщение обратного напряжения приводит к пробою и выходу диодов из строя. С повышением температуры значения обратного напряжения и прямого тока снижаются.

Обратный ток /обр - среднее значение за период обратного тока при допустимом 17обр. Чем меньше обратный ток, тем лучше выпрямительные свойства (свойства односторонней проводимости) диода. Повышение температуры на каждые 10°С приводит к увеличению обратного тока у германиевых и кремниевых диодов л 1,5-2 раза и более.

Максимальная постоянная, или средняя за период мощность f макс, рассеиваемая диодом, при которой он может длительно работать, не изменяя своих параметров, складывается из суммы произведений токов и напряжений при прямом и обратном смещениях перехода, т. е. за положительный и отрицательный полупериоды переменного напряжения, подаваемого на диод. Для приборов большой мощности, работающих с хорошим теплоотводом,

Рмакс - (пмакс к)/ши

а для маломощных, работающих без теплоотвода,

.макс = (п макс - с)/пс <

где Гп ыакс - максимальная температура перехода, лежащая в диапазоне 80- 110" С у германиевых и 150-200° С у кремниевых диодов.

Тепловое сопротивление Rjm между переходом и корпусом определяется температурным перепадом между переходом Гп и корпусом Гк и средней выделяемой в переходе мощностью Рп и составляет

Л„к = (2п-Г„)/Р„ = 1-ьЗ°С/Вт. (4.8)

Тепловое сопротивление Рпс между переходом и окружающей «средой зависит от температурного перепада между переходом Гц -И окружающей средой Тс- Практически Рпк<Ркс, поэтому Рпс определяется тепловым сопротивлением между корпусом прибора и окружающей средой

пс = (Т-п - 7с)/Рп = Лпк + «кс. (4.9)