|直流,交流,电流,过渡时间

在本教程中,我们将了解一些重要的二极管特征。通过检查这些二极管特性,您将更好地了解二极管的工作。

常用二极管特性

下面给出一些常用的二极管特性。

  • 当前方程式
  • 直流抵抗
  • AC抵抗
  • 过渡电容
  • 扩散电容
  • 储存时间
  • 过渡时间
  • 恢复时间

现在,我们将简要介绍一下这些二极管特征的更多信息。

二极管电流方程

广泛的众所周知,PN结二极管仅以在一个方向上通过电流。流过PN结二极管的电流量大大取决于所用材料的类型,并且还取决于PN二极管的制造中掺杂的浓度。

电流流动的主要原因是由于多重电荷载体在PN结二极管的结构中的产生或重组。

我们将有三个区域负责多数载流子电流的流动。这些区域分别是拟中性P -区、耗尽区、拟中性N -区。准中性P型是耗尽区边缘与二极管边缘在P侧的分离区域。

准中性N型的区域是耗尽区域边缘与正极上的二极管的边缘之间的分离。为了假设,这种分离距离是无穷大的。当我们朝向二极管的界限移动时,电荷载体的浓度将没有变化。电场不存在于准中性区域中。

Δn.P.(x→-ə)= 0

ΔP.N(x→+∞)= 0

正向偏压中的二极管电流是由于多数电荷载体的重组。电荷载体重组在p型或n型准中性区域,耗尽区域中或在欧姆触点中进行,在金属和半导体的接触处。

反向偏压中的电流是由于载流子的产生而产生的。这种类型的载流子产生过程进一步增加电流在正向和反向偏压条件下。

PN结二极管中的电流流动由电荷载体密度,电磁场贯穿PN结二极管的结构和P型和N型的准fermi电平能量确定。载流子密度和电场用于确定PN二极管的漂移电流和漫射电流。

假设耗尽区域内的电子和孔的准细胞水平能量和在n型和p型准中性区域中的孔的能量在获得分析溶液中大致相等。

如果在耗尽区域中假设Fermi能量水平恒定,则耗尽区域边界处的少数电荷载体密度将如下,

公式1

当没有外加电压时,在上述方程处达到热平衡状态。费米能级之间的分离随着外加电压的增加而增加。这个外部电压乘以电子的电荷。

当它们到达金属 - 半导体触点时,在任一个准区域中存在的多余电荷载体立即重新结合。重组过程在欧姆接触处迅速发生,并且通过金属的存在进一步增加。因此,有效的边界条件可以说明如下,

P.N(x = wN)= P.n0

NP.(x = - wP.)= np0

考虑N型和P型准中性区域的扩散电流方程,利用所考虑的扩散电流方程的边界条件得到理想二极管的电流表达式。

公式2.

在双曲函数方面转换上述方程式,重写上述等式

P.N(x≥x.N)= P.n0+ a cosh {(x-xN) / LP.} + b sinh {(x-xN) / LP.}

NP.(≤x - xP.)= np0+ c cosh {(x + xP.) / LN} + d sinh {(x + xP.) / LN}

这里A,B,C和D是要确定的常数值。如果边界条件应用于上述双曲线方程,那么我们将拥有

公式3.

如果给出了n型和p型的准中性区域的宽度

W'N= W.N- xN

W'P.= W.P.- xP.

根据扩散电流方程计算每种准中性区域中的每一个的电荷载流子电流密度

公式4.

在PN结二极管的整个结构中流动的电流量总是恒定的,因为在二极管的整个结构中没有充电可以消失或积聚。

因此,通过二极管的总电流等于n区的最大空穴电流的总和,由于耗尽区域中的电荷载体的重组,而是由于电荷载体的重组而具有电流的最大电子电流。准中性区域中的最大电流发生在耗尽区的侧面。

公式5.

直流或静态电阻

PN结二极管的静电电阻或直流电阻定义了当DC源连接到其时的二极管的电阻性质。如果将外部DC电压置于其中半导体二极管是其一部分的电路,则导致PN结二极管特性曲线上的Q点或操作点,其不会随时间改变。

曲线弯头及以下处的静电阻将远远大于特性曲线垂直上升段的电阻值。最小的是通过二极管的电流,最大的是直流电阻的水平。

R.DC.= V.DC./ 一世DC.

1.直流或静态电阻

交流或动态电阻

动态电阻来自Shockley的二极管方程。当取决于PN结二极管的DC偏振的AC源连接到它时,它定义二极管电阻性质。

如果外部正弦信号被赋予由二极管组成的电路,则改变输入将略微地从特性中的当前位置稍微换档,因此它定义了电压和电流的明确变化。

当不施加外部交流信号时,操作点将是由所施加的DC信号电平确定的Q点(或静止点)。通过降低Q-P点来增加二极管的AC电阻。简而言之,它相当于PN二极管的电压电流斜率。

R.D.=ΔVD./ΔI.D.

2.交流或动态电阻

平均AC抵抗

如果输入信号足够足以产生大摆动,则与该区域的二极管相关的电阻称为AC平均电阻。它由直线确定,该直线被绘制地连接的最小值和最大值的外部输入电压的值。

R.Avg.=(ΔVD./ΔI.D.pt到pt.

3.平均AC电阻

过渡电容

过渡电容也可称为耗尽层电容或空间电荷电容。这主要是在反向偏置的配置中观察到的,其中P型和N型区域具有较低的电阻,耗尽层可能像介质一样。

这种类型的电容是由于外部电压的变化,其中固定电荷在耗尽区域的层的边缘处变化。这取决于介电常数和耗尽层的宽度。如果耗尽层宽度增加过渡电容减小。

CT.=ε.S./ w =√{[qεS./ 2(φ一世- - - - - - VD.)] [N一种ND./(N.一种+ ND.)}

扩散电容

扩散电容也可以称为在前向偏置配置中主要观察到的存储电容。它是由二极管的两个端子之间的电荷载体传输引起的电容,从阳极到正极的PN结二极管的正向偏置配置中的阴极。

如果允许电流通过半导体器件,则在某个时间点,在设备上会产生一些电荷。如果应用的外部电压和电流变为不同的值,则在运输中将存在不同的电荷。

所产生的过渡电荷与电压差变化的比率就是扩散电容。如果电流水平增加,扩散电容水平自动增加。

电流的增加的水平将导致相关电阻的水平降低,也是在非常高速应用中重要的时间常数。扩散电容值远大于转换电容的值,并且它与直流的值直接成比例。

C= dq / dv = [di(v)/ dv]γF

储存时间

PN结二极管用作正向偏置配置的完美导体,并且类似于反向偏置配置的完美绝缘体。在从前向后偏置的切换时间期间,电流流开关并保持在同一级别的恒定。当前反转并保持恒定级别的此时间持续时间称为存储时间(tS.)。

电子从p型移动到n型和孔从n型移动到p型的时间是存储时间。该值可以通过PN结的几何形状来确定。在此存储时间期间,二极管的行为作为短路。

过渡时间

在它保持在恒定级别之后,电流降低到反向泄漏电流值的时间被称为转变时间。它表示为转变时间值由Pn结的几何形状和P型和N型材料的掺杂水平的浓度决定。

4.分配的切换特性

反向恢复时间

存储时间和转换时间的总和被称为反向恢复时间。二极管拍摄的时间是从反向漏电流升高施加的电流信号到恒定状态值的10%。PN结二极管的反向恢复时间值通常是微秒的顺序。

其对广泛使用的小信号二极管整流器1N4148的值通常为4ns,并且对于通用整流二极管,它是2μs。快速开关速度可以通过高值的反向漏电流和高正向电压下降来实现。它由t表示rr.

数据表分析

数据表分析

总结

本文对不同的二极管特性作了简要介绍。

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