DIODA SEMICONDUCTOARE
1. Scopul lucrarii - Ridicarea caracteristicilor si determinarea principalilor parametrii ai diodelor semiconductoare; studiul comportarii diodei semiconductoare în circuite elementare.
2. Caracteristica statica, curent-tensiune, teoretica a unei diode semiconductoare dedusa prin analiza fenomenelor fizice într-o jonctioune PN ideala ce au loc la aplicarea unei tensiuni din exterior este data de legea: (1.1)
În aceasta relatie reprezentata grafic în fig.1.1, este curentul de saturatie al diodei dat de expresia : (1.2), si este dependent de parametrii fizici si tehnologici ai jonctiunii PN (suprafata jonctiunii, , concentratia intrinseca de purtatori , coeficientii de difuzie , , lungimile de difuzie ,
, ale purtatorilor de sarcina , precum si concentratiile de impuritati, , ), iar , un coeficient cu valori mai apropiate de 1 pentru Ge, si mai apropiate de 2 pentru Si, care rezulta din considerarea efectului de recombinare din zona de sarcina spatiala la tensiuni de polarizare directe mici (efect cu importanta la diodele cu Si la temperatura camerei.
În functie de suprafata jonctiunii PN, la rândul ei, dependenta de curentul maxim pe care trebuie sa-l accepte dioda în conductie directa, curentul de saturatie , are, la temperatura camerei, valori de ordinul de marime, 1 (10 (A, pentru diodele din Ge si 1 (100 mA pentru diodele din Si.
La curenti directi de ordinul 1 (10 mA (valori des întâlnite în practica) tensiunea directa pe dioda este de 0.2 –0.3 V pentru diodele din Ge respectiv 0.6-0.8 V pentru diodele din Si.
3. Cele doua marimi, si , se determina prin reprezentarea ecuatiei diodei semiconductoare la scara semilogaritmica (ca în fig.1.2 unde pe abscisa se reprezinta tensiunea aplicata pentru conductie directa la scara liniara si pe verticala curentul pe dioda în scara logaritmica). Panta dreptei astfel obtinute permite deducerea coeficientului
. (De remarcat faptul ca forma exponentiala a cracteristicii directe se pastreaza într-un interval mare de valori ale curentului) cu relatia : (1.3). Prin prelungirera aceleasi drepte, la intersectia cu axa ordonatei se obtine curentul de saturatie .
4. Dependenta de temperatura a caracteristicii statice a unei diode semiconductioare este foarte puternica, înregistrându-se a dublare a curentului de saturatie la fiecare 10 0C pentru diode din Ge respectiv la fiecare 6 0C pentru diodele din Si. Aceasta depedenta poate fi pusa în evidenta si prin coeficientul de variatie a tensiunii directe de pe dioda cu temperatura, la curent constant. Teoretic acest curent este de circa –2 mV / 0C, pentru ambele tipuri de material utilizate curent pentru realizarea diodelor semiconductoare.
5. La polarizare inversa, conform ecuatie teoretice 1.1, curentul este constant si egal cu -
. Dar pentru tensiuni inverse aplicate diodei, regiunea de sarcina spatiala se mareste si apare un curent de generare, dependent de tensiunea aplicata, cu valori relative importante pentru diodele de Si (în fig.1.1 contributia acestui curent la cracteristica diodei a fost reprezentata punctat). La tensiuni de polarizare inversa mai mari, datorita fenomenului Zener, si fenomenului de multiplicare în avalansa (predominant de obicei), curentul invers creste, valoare lui fiind limitata numai de circuitul exterior. Tensiunile de strapungere, la care apare aceasta crestere a curentului, sunt dependente de natura materialului semiconductor, din care este realizat dispozitivul, precum si de concentratiile de impuritati, fiind cu atât mai mici cu cât concentratiile de impuritati sunt mai mari.
6. La tensiuni directe mari caracteristica statica tinde sa se liniarizeze, datorita caderilor de tensiune pe zonele neutre ale jonctiunii PN, care nu mai pot fi neglijabile.
7. În circuitele electronice, diodele semiconductoare pot indeplini mai multe functiuni (redresare, detectie, limitare, etc.) în multe situatii fiind necesara stabilirea unui regim static de functionare.
Pentru circuitul elementar din fig.1.3 punctul static de functionare se determina prin rezolvarea grafoanalitica a sistemului de ecuatii format din ecuatia caracteristicii statice a diodei (1.1) si ecuatia dreptei statice de functionare : (1.4)
Punctul static de functionare are coordonatele , iar în acest punct de functionare dioda este caracterizata din punct de vedere al semnalelor lent variabile (ce pot fi aplizate in serie cu tensiunea continua ) printr-o rezistenta dinamica, pentru care se deduce relatia : (1.5).
Rezistenta dinamica se determina experimental prin calculul pantei caractristicii statice, în punctul static de functionare conform relatiei : (1.6).
8. Diodele stabilizatoare de tensiune (impropriu dar frecvent denumite diode Zener) sunt caracterizate printr-o tensiune de strapungere bine definita (datorita efectului de multiplicare în avalansa care determina o...