Podręcznik

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 R_sC_j (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 R_g 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 R_s. 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 R_s – 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) R_g 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  C_j. Czas opóźnienia jest proporcjonalny do stałej czasowej R_gC_j i można go oszacować następująco:

Dalszy przebieg przełączania „w przód” odpowiada włączaniu prądowemu. Po przełączeniu na diodzie ustala się spadek napięcia:

Przełączenie diody „w tył” ma dwie fazy:

• w czasie magazynowania t_s konduktancja diody jest duża i możliwe jest wyprowadzanie z bazy nośników stałym prądem wstecznym określonym przez rezystancję obwodu:

     a napięcie na diodzie odpowiadające polaryzacji przewodzenia, po gwałtownym spadku o wartość:

   stopniowo maleje do zera;

• w czasie opadania t_f 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 E_R:

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