Методические указания к практическим занятиям по дисциплине “Общая электротехника и электроника”, страница 7

то есть дырочная составляющая на 2 порядка больше.

3. Определим напряжение для получения заданной плотности тока, воспользовавшись уравнением

,    В.

22.        Ток, текущий видеальном р-n переходе при большом обратном напряжении и 300К, равен 2*10^-7 А. Определить ток при прямом напряжении 0,1В.

Решение:

Воспользуемся зависимостью

 

так как при большом обратном напряжении протекает обратный ток насыщения.

При прямом напряжении 0,1В ток

.

23.        Диод имеет обратный ток насыщения I₀ = 10мкА. Напряжение, приложенное к диоду, равно 0,5 В. Найти отношение прямого тока к обратному при 300К.

Решение:

Зависимость тока от напряжения

,где

I₀ – обратный ток насыщения,

j_Т – температурный потенциал, для 300К он равен 0,025В.

Тогда

24.        Германиевый полупроводниковый диод, имеющий обратный ток насыщения I₀ = 25мкА, работает при прямом смещении 0,1В и 300К. Определить сопротивление диода постоянному и переменному току (дифференциальное).

Решение:

Прямой ток диода

где j_Т – температурный потенциал, для 300К он равен 0,025В.

Сопротивление диода постоянному току

Дифференциальное сопротивление получим дифференцированием исходного выражения.

или

С учётом того, что I >> I₀ можно считать, что

тогда

в нашем случае это будет

 Ом, то есть упрощенной формулой можно пользоваться для оценки дифференциального сопротивления прямосмещённого p-n перехода. На практике она чаще используется в следующем виде (для 300 К):

 где I берётся в мА, а результат получается в Омах.

Тогда  Ом

Из анализа решений можно сделать также очень важный вывод:

сопротивление прямосмещённого p-n перехода переменному току значительно меньше, чем постоянному. Это явление очень часто используется на практике.

25.     Для идеального p-n перехода определить

1). при каком напряжении обратный ток будет достигать 90% значения обратного тока насыщения при 300 К?

2). отношение тока при прямом напряжении 0,05 В к току при том же значении обратного напряжения.

Решение:

1). При 300 К температурный потенциал  В.

Из условия задачи обратный ток составит 0,9I₀.

 или

 В (60 мВ) (~ 2j_Т)

2). отношение прямого тока к обратному при напряжениях  0,05 и -0,05 В:

, то есть примерно в 7 раз прямой ток больше обратного.

26.     Видеальном p-n переходе обратный ток насыщения I₀ = 10^-14 А при      300 К и I₀ = 10^-9 А при   398 К (125⁰ С). Определить напряжения на p-n переходе в обоих случаях, если прямой ток равен 1 мА.

Решение:

Из уравнения вольт-амперной характеристики перехода

можно записать

, или

, логарифмируя последнее выражение, получим

Для 300 К j_Т = kT = 0,86*10^-4*300 = 0,0258 В, а напряжение

Для 398 К j_Т = kT = 0,86*10^-4*398 = 0,0342 В и

Такая температурная зависимость характерна для Si диодов.

27.     Определить во сколько раз увеличивается обратный ток насыщения сплавного p-n перехода, если

1). для Ge диода температура увеличивается от 20⁰ С до 80⁰ С

2). для Si диода температура увеличивается от 20⁰ С до 150⁰ С.

Решение:

Зависимость обратного тока от температуры имеет вид:

где k₁ – постоянная;

Е_зо = еU_зо – ширина запрещённой зоны при 0 К;

- температурный потенциал;

Для    Ge: h = 1; m = 2; U_зо = 0,785 В

Si: h = 2; m = 1,5; U_зо = 1,21 В.

Следовательно, для Ge обратный ток насыщения

При 80⁰ С, или 353 К, имеем:

 В

тогда

При 20⁰ С, или 293 К, имеем:

 В

и ток

отношение токов для Ge

то есть при повышении температуры с 20⁰ С до 80⁰ С ток в Ge диоде увеличивается почти в 300 раз.

Для Si диода:

При 150⁰ С, или 433 К, имеем:

 В

и ток

При 20⁰ С или 293 К j_Т = 0,0253 В и ток

отношение токов

то есть для Si диода при повышении температуры с 20⁰ С до 80⁰ С обратный ток насыщения увеличится почти в 3000 раз.