Для определения потерь в полупроводниковом элементе при прямом смещении используйте вольт-амперную характеристику. Например, для кремниевого перехода при токе 10 мА падение напряжения составит около 0,7 В. Это значение растёт с увеличением тока из-за нагрева кристалла.
Нелинейность ВАХ требует дифференциального подхода. При малых токах (до 1 мА) доминирует экспоненциальная зависимость, описываемая уравнением Шокли. Для мощных устройств, работающих с токами выше 1 А, учитывайте омическую составляющую, которая может достигать 0,1–0,5 Ом.
Температурный коэффициент – ключевой параметр. При нагреве от 25°C до 100°C прямое падение напряжения снижается на 2–3 мВ/°C. Для точных измерений используйте термокомпенсированные схемы или математические модели, учитывающие тепловой дрейф.
Характеристики p-n перехода и его влияние на проводимость
Для определения параметров барьера Шоттки используйте формулу:
Rд = (kT) / (qI0), где:
- Rд – величина, обратная крутизне вольт-амперной характеристики (единицы Ом);
- k – постоянная Больцмана (1.38×10-23 Дж/К);
- T – температура перехода (Кельвины);
- q – заряд электрона (1.6×10-19 Кл);
- I0 – обратный ток насыщения (А).
Практическое измерение
Для кремниевых барьеров при 300 К типичное значение Rд составляет 26 мОм при I0 = 1 мА. Используйте осциллограф с токовым щупом для снятия характеристик в динамическом режиме.
Зависимость от температуры
При повышении температуры на 10°C значение I0 увеличивается вдвое, что приводит к снижению Rд на 20-30%. Для германиевых структур этот эффект выражен сильнее из-за меньшей ширины запрещенной зоны.
Как измерить параметр p-n перехода в действующей цепи
Для замера характеристик полупроводникового элемента в реальных условиях потребуется мультиметр, источник питания и резистор на 1 кОм. Подключите компонент в прямом направлении, подайте напряжение 0.5-2 В через ограничительный резистор.
Методика замера
1. Соберите цепь: источник → резистор → анод полупроводника → катод → обратно к источнику.
2. Зафиксируйте падение напряжения на переходе (Vf) и ток (If) мультиметром.
3. Вычислите параметр по формуле: r = (Vист — Vf) / If — Rогр.
Типовые значения
Для кремниевых элементов при 10 мА:
• Прямое падение: 0.6-0.7 В
• Характеристика перехода: 5-20 Ом
Германиевые модели показывают 0.2-0.3 В и 10-50 Ом соответственно.
Для точных данных снижайте ток до 1 мА и используйте прецизионные приборы. При нагреве корпуса на каждые 10°C значение падает на 5-7%.
Определение параметра p-n перехода при различных условиях
Для прямого смещения используйте формулу: R = (kT)/(qI), где k – постоянная Больцмана (1.38×10⁻²³ Дж/К), T – температура в Кельвинах, q – заряд электрона (1.6×10⁻¹⁹ Кл), I – ток в Амперах. При комнатной температуре (300 К) для тока 10 мА значение составит ~2.6 Ом.
Обратное смещение
В этом случае преобладает барьерная ёмкость. Величина определяется как R = |V| / I₀, где V – приложенное напряжение, I₀ – обратный ток насыщения. Для кремниевого элемента с I₀ = 1 нА и V = -5 В результат – 5 ГОм.
Динамический режим
При высоких частотах учитывайте инерционность носителей заряда. Используйте зависимость R = 1/(2πfC), где f – частота, C – ёмкость перехода. Для C = 10 пФ и f = 1 МГц получаем ~16 кОм.
