Podręcznik
3. Praca impulsowa diody
3.1. Charakterystyki czasowe
Włączanie napięciowe złącza p-n
Przejściu ze stanu braku polaryzacji do stanu przewodzenia w wyniku sterowania ze źródła o stałej wydajności napięciowej towarzyszy pik prądowy, lecz o ograniczonej wysokości, ponieważ na skutek istnienia obwodu RsCj (rys. 2.1) skok napięciowy nie jest idealny:
Rys. 3.1 Włączanie napięciowe złącza p-n
Koncentracja nośników mniejszościowych na granicy warstwy zaporowej niemal natychmiast osiąga wartość określoną przez warunki Boltzmanna Ewboltz. W głębi bazy w miarę dyfuzyjnego dopływu wstrzykiwanych nośników ich koncentracja stopniowo rośnie i prąd ładowania pojemności dyfuzyjnej maleje (prąd dyfuzyjny Wjrgn jest proporcjonalny do gradientu koncentracji nośników).
Włączanie prądowe złącza p-n
Przypadek ten ma większe znaczenie praktyczne, ponieważ rezystancja obwodu Rg jest zwykle dużo większa od rezystancji przewodzącego złącza. Ładowanie pojemności dyfuzyjnej stałym prądem prowadzi do stopniowego wzrostu koncentracji w całej bazie – również na granicy warstwy zaporowej i tym samym stopniowego wzrostu spadku napięcia na tej warstwie (efekt pojemnościowy):
Rys. 3.2 Włączanie prądowe złącza p-n
Jeżeli dioda jest sterowana dużym prądem bazy, należy uwzględnić dodatkowo spadek napięcia na rezystancji szeregowej Erszl Rs. W miarę gromadzenia się nośników nadmiarowych w bazie rezystancja ta maleje (modulacja przewodności bazy) i wraz z nią spadek napięcia na diodzie (efekt indukcyjny).
Wyłączanie napięciowe złącza p-n
Wyłączeniu przez zwarcie złącza towarzyszy wsteczny impuls prądowy rozładowania pojemności dyfuzyjnej:
Rys. 3.3 Wyłączanie napięciowe złącza p-n
Koncentracja nadmiarowych nośników mniejszościowych na granicy warstwy zaporowej niemal natychmiast maleje do zera. Początkowo gradient koncentracji na tej granicy i tym samym prąd nośników usuwanych z bazy jest bardzo duży. Wartość piku prądu rozładowania pojemności dyfuzyjnej ogranicza rezystancja szeregowa Rs – zwarcie nie jest idealne.
Wyłączanie prądowe złącza p-n
Rozwarcie złącza powoduje natychmiastowy zanik spadku napięcia na rezystancji szeregowej. Dalsze stopniowe zmniejszanie spadku napięcia na diodzie (tzw. napięcia poiniekcyjnego) towarzyszy rekombinacyjnemu zanikowi nadmiarowych nośników zgromadzonych w bazie:
Rys. 3.4 Wyłączanie prądowe złącza p-n
Przełączanie quasi-prądowe złącza p-n
Największe znaczenie praktyczne ma przełączanie diody w warunkach, kiedy rezystancja w obwodzie (rezystancja generatora impulsów prostokątnych) Rg jest bardzo mała w porównaniu z rezystancją złącza polaryzowanego zaporowo i bardzo duża w porównaniu z rezystancją złącza przewodzącego w stanie ustalonym.
Rys. 3.5 Przełączanie quasi-prądowe złącza p-n
Przy przełączaniu diody „w przód” dodatni impuls napięciowy (odpowiadający polaryzacji przewodzenia) pojawia się z opóźnieniem odpowiadającym przeładowaniu pojemności warstwy zaporowej Cj. Czas opóźnienia jest proporcjonalny do stałej czasowej RgCj i można go oszacować następująco:
(3.1) |
Dalszy przebieg przełączania „w przód” odpowiada włączaniu prądowemu. Po przełączeniu na diodzie ustala się spadek napięcia:
(3.2) |
Przełączenie diody „w tył” ma dwie fazy:
- w czasie magazynowania ts konduktancja diody jest duża i możliwe jest wyprowadzanie z bazy nośników stałym prądem wstecznym określonym przez rezystancję obwodu:
(3.3) |
a napięcie na diodzie odpowiadające polaryzacji przewodzenia, po gwałtownym spadku o wartość:
stopniowo maleje do zera;
- w czasie opadania tf rezystancja złącza staje się większa od rezystancji obwodu, ponieważ koncentracja nośników w bazie maleje i staje się niewielka, równocześnie wsteczny impuls prądowy zanika i napięcie polaryzacji zaporowej złącza narasta do wartości bliskiej ER:
Umowne granice faz dla eksperymentalnego wyznaczenia czasów: magazynowania i opadania, zaznaczono na rysunku:
Rys. 3.6 Impuls wsteczny prądu przy przełączaniu złącza p-n „w tył” i zmiany koncentracji nadmiarowych nośników mniejszościowych w bazie