S reverzním předpětím je teplotní závislost proudově-napěťové charakteristiky idealizované diody redukována na teplotní závislost tepelného proudu na , diskutovanou v předchozím odstavci.
Při dopředném předpětí je teplotní závislost charakteristiky proud-napětí vhodně charakterizována teplotním koeficientem napětí (TCV):
TKN se číselně rovná změně propustného napětí na diodě při změně teploty o 1 stupeň a konstantním proudu diody.
Při vztahu (4.25) při zohlednění (4.32) dává
Rozlišováním podle teploty dostáváme
Pro nedegenerované polovodiče a hodnota TKN je záporná, proto se s rostoucí teplotou posouvá přímá větev proudově-napěťové charakteristiky diody směrem k nižším napětím. Při 290 K a:
4.7. Charakteristické odpory diody a činitel jakosti napětí diody.
Hlavním ukazatelem kvality proudově-napěťové charakteristiky diody je nelinearita jejích charakteristik, která umožňuje usměrňování elektrických signálů, omezování jejich amplitudy, transformaci frekvenčního spektra a další nelineární operace.
Nelinearita charakteristiky proud-napětí se projevuje rozdílem rozdíl odpor astatický odpor . Z proudově-napěťové charakteristiky (4.25) zjistíme
Je snadné vidět, že v rovnovážném stavu () se diferenciální a statický odpor shodují.
Na přímé větvi charakteristiky proud-napětí (VC) je rozdílový odpor menší než statický. Rozdílový odpor závisí pouze na proudu a teplotě a tato závislost je stejná pro všechny diody:
Na reverzní větvi proudově napěťové charakteristiky (VC) je rozdílový odpor větší než statický. Velikost rozdílového odporu lze považovat za nekonečně velkou, od. Statický odpor je úměrný zpětnému napětí:
Kritériem pro kvalitu diody může být IV faktor kvality, definovaný takto:
Pro prvek s lineární proudově-napěťovou charakteristikou tvaru , . Pro ideální diodu s proudově-napěťovou charakteristikou tvaru (4.25), .
4.8. Vstřikovací poměr.
V přechodové rovině () má proud diody elektronové a děrové složky (4.14).
Zobrazuje se, jak velká část proudu v přechodové rovině je nesena dírami vstřikovací poměr otvoru. V souladu s tím hodnota
poměr vstřikování elektronů.
Je zřejmé, že součet koeficientů vstřikování elektronu a díry je roven 1:
Nazývá se koeficient vstřikování nosičů vstřikovaných z emitoru do báze účinnost emitoru . V případě zářičeр– účinnost emitoru typu se rovná koeficientu vstřikování otvoru:
Hodnota účinnosti emitoru není zpravidla důležitým parametrem polovodičové diody, ale u tranzistoru má rozhodující význam. Vstřikovací koeficienty jsou určeny vztahy (4.25) – (4.27).
Pro výpočet účinnosti emitoru lze použít vztahy (4.25) – (4.27):
Vzhledem k tomu, že pro р– emitor
kde , je měrný odpor zářiče a základního materiálu, je povrchový odpor zářiče a základní vrstvy.
V případě krátké báze a krátkého emitoru (,) je účinnost emitoru určena poměrem povrchových odporů emitoru a báze:
Účinnost emitoru se blíží k jednotě, jak se úroveň dopingu emitoru zvyšuje a základní úroveň dopingu klesá.
Z (4.44a) vyplývá, že účinnost zářiče závisí na poměru koncentrací menšinových nosičů v zářiči () a bázi (). Tento poměr může být zvláště velký u heteropřechodů. Pokud výška potenciálové bariéry pro elektrony výrazně převyšuje výšku bariéry pro díry, proud přes přechod je téměř celý veden dírami a jejich injektážní koeficient je roven 1.
Z obrázku 5.2 je vidět, že se křivky od sebe liší.
1 – I-V křivka – pn přechod; 2 – CVC – dioda
Jak to lze vysvětlit?
V oblasti stejnosměrných proudů se to vysvětluje tím, že část vnějšího napětí přivedeného na svorky diody klesá při objemovém elektrickém odporu báze rБ(tj. určeno objemem a vlastním odporem).rБleží v rozmezí 1..10 Ohm. Pokles základního napětí je významný pro proudy větší než několik miliampérů. Navíc část napětí poklesne na svorkových odporech. V důsledku toho bude napětí na pn přechodu menší než napětí na diodě.
Skutečnou charakteristiku v oblasti přímých napětí popisuje výraz
kde Uпр– napětí přivedené na svorky;r– celkový odpor základny a svorek.
Když se zpětné napětí zvyšuje, proud diody nezůstává konstantní a stejný I, ale zvyšuje.
Prvním důvodem nárůstu zpětného proudu je tepelný vznik nábojů na přechodu (který není v teoretickém odvození zohledněn). Tato složka se nazývá tepelný generační proud ITG.S rostoucím zpětným napětím se přechod rozšiřuje, zvyšuje se počet v něm generovaných nosičů aITGroste.
Druhým důvodem je konečná vodivost povrchu krystalu, ze kterého je dioda vyrobena. Tento proud se nazývá svodový proud IУ. V moderních zařízeních je vždy menší než proud vytvářející teploITG.
Celkový zpracovaný proud je tedy dán vztahem
5.2 Vliv teploty na napětí diody
Se změnou teploty se mění průběh dopředné a zpětné větve proudově-napěťové charakteristiky diody. Se zvyšující se teplotou se zvyšuje počet minoritních nosičů v polovodičovém krystalu, a proto vzrůstá zpětný přechodový proud. To je způsobeno nárůstem proudů IиITG,měnící se zákony:
kde I(T) – proudy při teplotěТ;Т =Т –Т.
Pro křemík = 0,09 tis.b= 0,07 tis.
Svodový proud málo závisí na teplotě, ale může se v průběhu času výrazně měnit. Proto neurčuje dočasnou nestabilitu zpětné větve charakteristiky proud-napětí diody.
Nyní o přímé větvi charakteristiky proud-napětí. S rostoucí teplotou se přímá větev posouvá doleva a stává se strmější (obrázek 5.3). To je vysvětleno zvýšením zpětného proudu Iarra snížení vlastního odporu základnyБ, což zase snižuje úbytek napětí na bázi a napětí na přechodu se zvyšuje, zatímco napětí na svorkách zůstává konstantní.
Pro posouzení teplotní nestability přímé větve se zavádí teplotní napěťový koeficient (TCV).
ukazující, jak se mění propustné napětí na diodě při změně teploty o 1°C. Při pevném dopředném proudu v rozsahu od -60С do +60С.
5.3 Hlavní typy diod
5.3.1 Usměrňovací diody
Účel – přeměna střídavého proudu průmyslové frekvence na stejnosměrný proud. Velkoplošné spoje se používají k přenášení velkých proudů.
Silikonové usměrňovací diody pracují v teplotním rozsahu od -60°С do +125°С.
Mezní elektrické režimy: zpětné napětí Uarr.maxa průměrný usměrňovací proudI vypr.
Dnes průmysl vyrábí křemíkové diody vyznačující se I vypr >100A aUarr.max = 1000V.
Pokud je nutné pracovat na U>Uarr.pak se diody zapojí do série.
Pro zvýšení usměrněného proudu lze paralelně zapojit diody. Komerčně vyráběné diody mají tato označení: KD102, KD106, KD204, KD212, KD226; duální diody KD205; dvě diody se společnou katodou KD704; sériově zapojené diody KD629.
