menu
person
[ Обновленные темы · Новые сообщения · Участники · Правила форума · Поиск · RSS ]

  • Страница 1 из 1
  • 1
Форум » СПбГЭТУ (ЛЭТИ) » Иностранный язык » Английский язык » Current–voltage characteristic diode (Вольт-амперная характеристика диодов)
Current–voltage characteristic diode
CreatorДата: Четверг, 15.12.2016, 19:44 | Сообщение # 1
Группа: Администраторы
Сообщений: 289
Репутация: 3
Статус: Оффлайн
Оригинал
Current–voltage characteristic
A semiconductor diode’s current–voltage characteristic, or I–V curve, is related to the transport of carriers through the so-called depletion layer or depletion region that exists at the p-n junction between differing semiconductors. When a p-n junction is first created, conduction band (mobile) electrons from the N-doped region diffuse into the P-doped region where there is a large population of holes (places for electrons in which no electron is present) with which the electrons “recombine”. When a mobile electron recombines with a hole, both hole and electron vanish, leaving behind an immobile positively charged donor (the dopant) on the N-side and negatively charged acceptor (the dopant) on the P-side. The region around the p-n junction becomes depleted of charge carriers and thus behaves as an insulator.

However, the width of the depletion region (called the depletion width) cannot grow without limit. For each electron-hole pair that recombines, a positively-charged dopant ion is left behind in the N-doped region, and a negatively charged dopant ion is left behind in the P-doped region. As recombination proceeds and more ions are created, an increasing electric field develops through the depletion zone which acts to slow and then finally stop recombination. At this point, there is a “built-in” potential across the depletion zone.

If an external voltage is placed across the diode with the same polarity as the built-in potential, the depletion zone continues to act as an insulator, preventing any significant electric current flow (unless electron/hole pairs are actively being created in the junction by, for instance, light. see photodiode). This is the reverse bias phenomenon. However, if the polarity of the external voltage opposes the built-in potential, recombination can once again proceed, resulting in substantial electric current through the p-n junction (i.e. substantial numbers of electrons and holes recombine at the junction). For silicon diodes, the built-in potential is approximately 0.6 V. Thus, if an external current is passed through the diode, about 0.6 V will be developed across the diode such that the P-doped region is positive with respect to the N-doped region and the diode is said to be “turned on” as it has a forward bias. A diode’s I–V characteristic can be approximated by four regions of operation.

At very large reverse bias, beyond the peak inverse voltage, a process called reverse breakdown occurs which causes a large increase in current (i.e. a large number of electrons and holes are created at, and move away from the pn junction) that usually damages the device permanently. The avalanche diode is deliberately designed for use in the avalanche region. In the zener diode, the concept of PIV is not applicable. A zener diode contains a heavily doped p-n junction allowing electrons to tunnel from the valence band of the p-type material to the conduction band of the n-type material, such that the reverse voltage is “clamped” to a known value (called the zener voltage), and avalanche does not occur. Both devices, however, do have a limit to the maximum current and power in the clamped reverse voltage region. Also, following the end of forward conduction in any diode, there is reverse current for a short time. The device does not attain its full blocking capability until the reverse current ceases.

The second region, at reverse biases more positive than the PIV, has only a very small reverse saturation current. In the reverse bias region for a normal P-N rectifier diode, the current through the device is very low (in the µA range). However, this is temperature dependent, and at sufficiently high temperatures, a substantial amount of reverse current can be observed (mA or more).

The third region is forward but small bias, where only a small forward current is conducted.
As the potential difference is increased above an arbitrarily defined “cut-in voltage” or “diode forward voltage drop”, the diode current becomes appreciable (the level of current considered “appreciable” and the value of cut-in voltage depends on the application), and the diode presents a very low resistance.
The current–voltage curve is exponential. In a normal silicon diode at rated currents, the arbitrary “cut-in” voltage is defined as 0.6 to 0.7 volts. The value is different for other diode types — Schottky diodes can be as low as 0.2 V and red light-emitting diodes (LED) can be 1.4 V or more and blue LEDs can be up to 4.0 V.

At higher currents the forward voltage drop of the diode increases. A drop of 1 V to 1.5 V is typical at full rated current for power diodes.
Перевод
Вольт-амперная характеристика диодов
Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода или ВАХ, связана с переходом носителей через так называемый обеднённый слой или обеднённую область, которая существует в p-n переходе между различными полупроводниками. Когда p-n переход образован, электроны зоны проводимости n-легированной области проникают в p- легированную область, где имеется значительное число дырок (места для электронов, в которых они не присутствуют), в которой электроны "рекомбинируют". Когда подвижный электрон рекомбинирует с дыркой, оба, и электрон и дырка исчезают, оставляя за собой неподвижный положительно заряженный донор (примесь) на n-области и отрицательно заряженный акцептор (примесь) на p-области. Область вокруг p-n перехода становится обедненной носителями заряда и тем самым ведет себя как диэлектрик.

Однако ширина обеднённой области (называемой шириной истощения) не может расти безгранично. Для каждой пары электрон-дырка, что рекомбинируют, положительно заряженные ионы примесей остаются в n-легированной области и отрицательно заряженные ионы примесей остаются в p-легированной области. Пока рекомбинация происходит и всё больше ионов создаётся, увеличенное электрическое поле развивается через обеднённую область, замедляя и, наконец, остановливая рекомбинацию. На данный момент это контактная разность потенциалов через обеднённую область.

Если внешнее напряжение через диод находится в той же полярности, как и контактная разность потенциалов, обеднённая область продолжает действовать в качестве диэлектрика, предотвращая любой значительный электрический ток (за исключением электронно-дырочных пар, активно создаваемых в переходе, например, светом. см. фотодиод). Это явление обратного смещения. Однако, если полярность внешнего напряжения противоположна контактной разности потенциалов, рекомбинация может вновь продолжится в результате существенного электрического тока через p-n переход (т.е. значительного числа электронов и дырок, рекомбинирующих на границе перехода) Для кремниевых диодов контактная разность потенциалов составляет примерно 0,6 В. Таким образом, если внешний ток проходит через диод, то около 0,6 В разовьётся через диод до такой степени, что p-легированная область станет положительна по отношению к n - легированной области и диод будет называется "включеным", поскольку он имеет прямое смещение. ВАХ диода можно аппроксимировать на четыре области операций.

При очень большом обратном смещении за пиковое обратное напряжение, происходит процесс, называемый обратным пробоем, что приводит к значительному увеличению тока (т.е. большое количество электронов и дырок создаются, и перемещаются от p-n перехода), что обычно причиняет непоправимый ущерб устройству. Лавинный диод специально разработан для использования в лавинной области ВАХ. В стабилитроне, концепция пикового обратного напряжения не применяется. Стабилитрон содержит сильнолегированный p-n переход, позволяющий электронам туннелировать из зоны валентности материала р-типа в зону проводимости материала n-типа, такой, что обратное напряжение "закреплено" на известное значение (так называемое напряжение стабилитрона), и лавина не возникает. Оба устройства, однако, имеют ограничение на максимальный ток и мощность в области закрепленного обратного напряжения. Кроме того, в процессе завершения прямой проводимости в любом диоде возникает обратный ток на короткое время. Устройство не достигнет своей полной блокирующей способности до прекращения обратного тока.

Вторая область, в обратных смещениях более положительная, чем пиковое обратное напряжение, имеет лишь очень небольшой обратный ток насыщения. В области обратного смещения для нормального p-n выпрямительного диода, ток через устройство очень мал (в диапазоне мкА). Однако, это зависимость от температуры, и при достаточно высоких температурах, можно наблюдать значительный объем обратного тока (мА или более).

Третья область прямого, но малого смещения, в которой проводиться лишь малый прямой ток. Как только разность потенциалов возрастает выше произвольно установленных "напряжении включения" или "прямого падения напряжения диода", ток диода становится заметным (уровень тока считается "ощутимым" и величина напряжения включения зависящей от комплектующих), и диод представляет собой крайне малое сопротивление.

Вольт-амперная экспоненциальная кривая. В нормальном кремниевом диоде при номинальных токах, произвольное напряжение включения определяется как 0,6 до 0,7 вольт. Значение различны для других типов диодов – для диодов Шоттки может быть на уровне 0,2 В для красного светодиода (СД), может быть 1,4 В или более, для синего светодиода может быть до 4,0 В.

При более высоких токах ожидаемое падение напряжения диода увеличивается. Падение от 1 В до 1,5 В является типичным при полном номинальном токе для мощных диодов.
 
Форум » СПбГЭТУ (ЛЭТИ) » Иностранный язык » Английский язык » Current–voltage characteristic diode (Вольт-амперная характеристика диодов)
  • Страница 1 из 1
  • 1
Поиск: