Ємності p-n переходу.

При подачі на p-n перехід змінної напруги в ньому проявляються ємнісні властивості. Утворення p-n переходу пов'язане з виникненням просторового заряду, створюваного нерухомими іонами атомів донорів і акцепторів. Прикладена до p-n переходу зовнішня напруга змінює величину просторового заряду в переході. Отже, p-n перехід веде себе як своєрідний плоский конденсатор, обкладинками якого служать області n і p типу поза переходом, а ізолятором є область просторового заряду, збіднена носіями заряду, яка має великий опір. Така ємність p-n переходу назива-ється бар'єрною - С_б. Особливістю бар'єрної ємності є її залеж-ність від зовнішньої прикладеної напруги. Залежність С_б= f(Uзвор) називається вольтфарадною характеристикою - ВФХ (рис.). Залежно від площі переходу, концентрації легуючої домішки і зворотного напруги С_б може набувати значення від одиниць до сотень пікофарад. Бар'єрна ємність проявляється при зворотній напрузі; при прямій напрузі вона шунтується малим опором переходу r_pn.

Крім бар'єрної ємності p-n перехід має так звану дифузійну ємність C_ДИФ. Дифузійна ємність пов'язана з процесами накопичення та розсмоктування нерівноважного заряду в базі і характер-ризує інерційність руху нерівноважних зарядів в області бази. Величина дифузійної ємності пропорційна струму через p-n перехід. При прямій напрузі значення дифузійної ємності може досягати десятків тисяч пікофарад. Сумарна ємність p-n переходу визначається сумою бар'єрної та дифузійної ємностей. При зворотній напрузі C_б> C_ДИФ; при прямій напрузі переважає дифузійна ємність C_ДИФ > > C_б.

Прослушать

Pry podachi na pn-perekhid zminnoï napruhy proyavlyayutʹ sya yemnisni vlastyvosti.
Osvita pn-perekhodu pov'yazano z vynyknennyam prostorovoho zaryadu, stvoryuvanoho nerukhomymy ionamy atomiv donoriv i aktseptoriv. Prykladenu do pn-perekhodu zovnishnya napruha zminyuye velychynu prostorovoho zaryadu v perekhodi. Otzhe, pn perekhid vede sebe yak svoyeridnyy̆ ploskyy̆ kondensator, obkladynkamy yakoho sluzhatʹ oblasti n-i p-typu poza perekhodu, a izolyatorom ye oblastʹ prostorovoho zaryadu, zbidnena nosiyamy zaryadu i maye velykyy̆ opir.
Taka yemnistʹ pn-perekhodu nazyvayetʹ sya bar'yernoï. Osoblyvistyu bar'yernoï yemnosti ye ï ï zalezhnistʹ vid zovnishnʹ oho prykladenoï napruhy.
Zalezhnistʹ bar'yernoï yemnosti vid zvorotnoho napruhy nazyvayetʹ sya volʹ tfaradnoy̆ kharakterystykoyu (dyv. rys. 2.6). Zalezhno vid ploshchi perekhodu, kontsentratsiï lehuyuchoï domishky i zvorotnoho napruhy bar'yerna yemnistʹ mozhe nabuvaty znachennya vid odynytsʹ do sotenʹ pikofarad. Bar'yerna yemnistʹ vyyavlyayetʹ sya pry zvorotnomu napruzi; pry pryamomu napruzi vona shuntuyetʹ sya malym oporom rpn.
Krim bar'yernoï yemnosti pn-perekhid maye tak zvanoï dyfuziy̆ noï yemnistyu. Dyfuziy̆ na yemnistʹ pov'yazana z protsesamy nakopychennya ta rozsmoktuvannya nerivnovazhnoho zaryadu v bazi i kharakteryzuye inertsiy̆ nistʹ rukhu nerivnovazhnykh zaryadiv v oblasti bazy.
Velychyna dyfuziy̆ noï yemnosti proportsiy̆ na strumu cherez pn-perekhid. Pry pryamomu napruzi znachennya dyfuziy̆ noï yemnosti mozhe dosyahaty desyatkiv tysyach pikofarad. Sumarna yemnistʹ pn-perekhodu vyznachayetʹ sya sumoyu bar'yernoï ta dyfuziy̆ noï yemnostey̆. Pry zvorotnomu napruzi CB> CDIF; pry pryamomu napruzi perevazhaye dyfuziy̆ na yemnistʹ CDIF> > CB.

Словарь - Открыть словарную статью

Еквівалентна схема p-n переходу на змінному струмі представлена на рис. На ній паралельно диференційному опору p-n переходу r_pn включені дві ємності C_б та C_ДИФ;
послідовно з r_pn ввімкнений об'ємний опір бази r_Б. Зі зростанням частоти змінної напруги, поданої на p-n перехід, ємнісні властивості проявляються все сильніше, r_pn шунтується ємнісним опором і загальний опір p-n переходу визначається об'ємним опором бази. Таким чином, на високих частотах p-n перехід втрачає свої нелінійні властивості.

Напівпровідниковий діод - це напівпровідниковий прилад з одним переходом і двома відводами.

В якості випрямляючого електричного переходу використовується електронно-дірковий р-n перехід, що розділяє р та n області кристала напівпровідника. По суті, до р і n областей кристалу приварюються або припаюються металеві відводи, і вся конструкція монтується в металевий, металокерамічний, скляний або пластмасовий корпус. Тому основні характеристики і параметри діода визначаються властивостями переходу. Перш за все, це його випрямляючі властивості.
Так як зворотні струми невеликі, а індивідуальний розкид може бути значними, то в технічній документації діода вказують максимально можливі їх величини, отримані за певних умов. Обчислення прямого струму через діод проводять за формулою:

де m – поправочний коефіцієнт, для кремнієвих діодів може приймати значення 2 і вище.

Нормальна робота діода в якості елемента з односторонньою провідністю можлива лише в режимах, коли зворотня напруга не перевищує пробивного значення. Можливість теплового пробою діода враховується вказаною в паспорті на прилад допустимою зворотною напругою U_звор.max і температурного діапазону роботи. Напруга пробою залежить від типу діода і температури навколишнього середовища.

Пряма гілка ВАХ германієвих діодів починається практично з початку координат, кремнієвих діодів - розташована значно правіше, і ще більший зсув у діодів на основі сполук галію. Помітні струми у малопотужних кремнієвих діодів починаються при прямих напругах 0, 2... 0, 5 В, світлодіодів - 1, 2... 1, 6 В. Можна вважати, що у діодів є деяка порогова напруга Uпор, нижче якої прямий струм через діод дорівнює нулю.

Діоди, виконані на основі переходу Шотки (діоди Шотки), мають менше пряме падіння напруги та більшу швидкодію, ніж діоди з p-n переходом. Ці переваги визначають області застосування діодів Шотки - виготовлення потужних високочастотних випрямних діодів.

Умовні графічні позначення напівпровідникових діодів: 1 - випрямний або імпульсний діод; 2 - стабілітрон і стабістор; 3 - симетричний стабілітрон; 4 - Варикап; 5 - тунельний діод; 6 - світловипромінюючий діод; 7 –

фотодіод.