Для исследования динамических характеристик p-n переходов в работе используются полупроводниковые (Ge , Si) диоды. В основе идеализированной модели диода для большого сигнала лежит модель p-n перехода, представленная эквивалентной схемой ( рис.1)
Рисунок 1.
На схеме диод VD моделируется вольт-амперной характеристикой (ВАХ), описываемой формулой I=I0[exp(u/φT) – 1], где I0 – тепловой ток; u–напряжение на переходе; φT = кТ/q – тепловой потенциал; k – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура; q – заряд электрона; φT = 0,026 В при Т = 300 К.
Тепловой ток I0 и сопротивление базы rБ являются статическими параметрами, а барьерная Сбар и диффузная Сдф емкости – динамическими параметрами диода.
Динамические параметры зависят от напряжения u на диоде VD.
Диффузионная емкость существенна при прямом напряжении и может быть выражена через ток диода: ,
где τэф – эффективное время жизни неосновных носителей заряда в базе диода. Оно определяется экспериментально на специальной установке (рисунок 2).
От генератора импульсов (ГИ) на исследуемый диод VD1 через токоограничительное сопротивление R1 и вспомогательный быстродействующий диод VD2 (с пренебрежимо малым по сравнению с VD1 временем восстановления обратного сопротивления) поступают положительные импульсы напряжения с амплитудой Uги. Изменение напряжения на диоде VD1 во времени UVD1(t) наблюдаются на осциллографе.
В момент времени t1 подается импульс напряжения и через некоторое время устанавливаются на диоде ток и напряжение, определяемые статическим режимом. В момент времени t2 напряжение на генераторе падает до нуля и начинается переходной процесс снижения напряжения на диоде VD1. Диод VD2 практически мгновенно запирается, отключая генератор импульсов от диода VD1. Ток через диод VD1 скачком уменьшается на величину Iпр = Uги/ R1, а напряжение на диоде UVD1 скачком уменьшается на величину ΔU = rБ·Uги/R1. Следовательно, сопротивление базы может быть определено не только из статических характеристик, но и из импульсных измерений при известных Uги и R1. При t2<t<t3 напряжение на диоде остается прямым и медленно уменьшается за счет рассасывания накопленных в базе неосновных носителей заряда. Эффективное время жизни носителей заряда в базе диода определяется по формуле: , где δU и δt находятся в соответствии с рисунком 3.
При t>t3 диффузионная емкость уменьшается, основной становится барьерная емкость, и процесс разряда резко увеличивается.
Измерение барьерной емкости происходит на специальной установке.
