二极管特性|DC,AC,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。亚博彩票下载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。

  • 电流方程
  • 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。亚博彩票下载

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。

我们将有三个地区负责多数费用载流量的流动。这些区域是Quasi中性p偏置,耗尽区,准中性N区域。准中性P型的区域是在P侧的耗尽区域边缘和二极管的边缘之间的分离。

准中性N型的区域是耗尽区边缘与二极管N侧边缘之间的距离。假设这个分离距离是无穷大。当我们向二极管的边界移动时,载流子的浓度不会发生变化。电场不会出现在准中性区域。

ΔnP.(x→-ə)= 0

ΔpN.(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电荷载波的产生。这种类型的电荷载流子生成过程进一步增加了前方的电流和反向偏置条件。

PN结二极管内的电流流动由载流子密度、整个结构的电场以及P型和N型的准费米能级决定。载流子密度和电场被用来确定PN二极管的漂移电流和扩散电流。

在得到解析解时,我们假定耗尽区电子和空穴的准费米能级与N型和P型准中性区电子和空穴的准费米能级近似相等。

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

当没有施加外部电压时,在上述规定的方程处达到热平衡状态。FERMI水平之间的分离随着外部施加电压的增加而增加。该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.

N.P.(x = -WP.)= nP0.

考虑用于N型和P型的准中性区域的扩散电流方程,通过使用边界条件对所考虑的扩散电流方程来获得理想二极管的电流的表达。

公式2

将上述方程转化为双曲函数,将上述方程改写为

P.N.(x≥x.N.)= P.N0.+ a cosh {(x-xN./ L.P.} + b sinh {(x-xN./ L.P.}

N.P.(x≤-xP.)= nP0.+ C cosh {(x+xP./ L.N.} + D sinh {(x+xP./ L.N.}

这里A、B、C和D是要确定的常数值。如果将边界条件应用于上述双曲方程,我们将得到

公式3

其中,N -型和P -型的拟中性区宽度分别为:

N.= wN.- XN.

P.= wP.- 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

流过PN结二极管整个结构的电流总是恒定的,因为没有电荷在整个结构中消失或积累。

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

直流或静电电阻

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。

曲线的膝盖处的静态电阻将大于特征曲线的垂直上升部分的电阻值。最小电流通过二极管最大值是直流电阻的水平。

R.DC.= VDC./ 一世DC.

1.直流或静态电阻

交流或动态阻力

动态电阻由肖克利二极管方程导出。它定义了当一个交流源取决于PN结二极管的直流极化连接到它时二极管的电阻性。

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.交流或动态阻力

普通的交流电阻

如果输入信号足够产生一个大的摆动,那么这个区域与二极管相关的电阻称为交流平均电阻。它是由连接外部输入电压最小值和最大值的交点所画的直线决定的。

R.Avg.=(ΔV.D./ΔI.D.pt到pt.

3.普通的交流电阻

过渡电容

过渡电容也可以称为耗尽层电容或空间电荷电容。主要观察到逆偏置的配置,其中p型和n型区域具有较低的电阻,并且耗尽层可以用作介电介质。

这种类型的电容是由于外部电压的变化,其中固定电荷得到变化的耗尽区层的边缘。它取决于介电常数和耗尽层的宽度。耗尽层宽度增加,过渡电容减小。

CT.=ε.S./ w =√{[q∈S./ 2(φ一世- V.D.)] [n一种ND./(N.一种+ N.D.)]]}

扩散电容

扩散电容也可以称为存储电容,主要观察在正向偏置配置。它是在PN结二极管的正向偏置配置中,载流子在二极管两个端子之间的传输所产生的电容,即从阳极到阴极。

如果电流被允许通过半导体器件,在某个时间点会在器件上产生一些电荷。如果所施加的外部电压和电流变化到不同的值,那么在传输过程中产生的电荷量就会不同。

在电压差的差分变化中产生的过渡电荷的比率将是扩散电容。如果增加电流水平,则扩散电容电平自动增加。

电流的增加将导致相关电阻和时间常数的降低,这在非常高速的应用中是很重要的。扩散电容值远大于过渡电容值,并与直流电流值成正比。

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.D.一世ode’s Switching Characteristics

反向恢复时间

存储时间和过渡时间之和称为反向恢复时间。它是二极管将施加的电流信号从反向泄漏电流提高到恒定值的10%所花费的时间。PN结二极管的反向恢复时间值通常为微秒量级。

它的值对于一个广泛使用的小信号二极管整流1N4148通常是4 ns,对于一般用途的整流二极管是2 μs。通过高的反向泄漏电流和高的正向电压降,可以实现快速的开关速度。用T表示rr.

数据表分析

数据表分析

概括

这里提出了关于不同二极管特性的简要查看。

上一个 - PN结二极管

下一个 - 二极管类型

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