меньшем, чем в случае вакуумных и газонаполненных диодов. В связи с большой крутизной прямой ветви обычно удобнее задавать в качестве аргумента ток, а напряжение считать его функцией. Соответственно формулу (2-33) целесообразно преобразовать к еле-

дующему виду: и = (prln(J-+lY (2-37)

\о /

Вентильные свойства любого диода выражены тем ярче, чем меньше обратный ток при заданном обратном напряжении и чем меньше прямое напряжение при заданном прямом токе. К сожалению, эти два требования в данном случае противоречивы. В самом деле, из формулы (2-37) видно, что изменение теплового тока, какими бы причинами оно не вызывалось, сопровождается изменением прямого напряжения в противоположном направлении. Это хорошо видно из рис. 2-21, а, где различие токов /о обусловлено разницей в площадях переходов при прочих равных условиях. Важным следствием этой общей зависимости является тс, что прямые напряжения у кремниевых диодов заметно больше, jqq чем у германиевых, поскольку тепловой ток у первых на несколько порядков меньше. Различие в прямых напряжениях германиевых и кремниевых диодов составляет обычно 0,4 В (рис 2-21,6) и сохраняется вплоть до таких малых токов [порядка нескольких (/о)се], при которых у германиевых диодов напряжение уже практически равно нулю. В результате в этом диапазоне токов кремниевым диодам свойствен кажущийся сдвиг характеристики по оси напряжений на 0,4 В - так называемая пятка (см. пунктирные кривые на рис. 2-21, б. для которых масштаб по оси ординат принят в 1000 раз меньшим, чем для сплошных).

Характеристические сопротивления. Нелинейность характеристики диода удобно оценивать, сопоставляя его сопротивления в прямом и обратном направлениях. Как и для других нелинейных элементов, различают дифференциальные сопротивления и сопротивления постоянному току.

Найдя производную от функции (2-37), легко представить дифференциальное сопротивление диода как функцию тока (рис. 2-22,ci):

Рис. 2-21. Характеристики идеализированных диодов с разными площадями переходов (о) и разными тепловыми токами - германиевого и кремниевого (б).

dU

?5=s-

(2-38)

Приближенное выражение, разумеется, действительно только для прямой ветви при условии / 1 . На обратной ветви сопротивление Гд резко возрастает и при 1 i/ 1 Фг может считаться бесконечно большим. На прямой ветви сопротивление Гд, наоборот, быстро уменьшается и, например, при токе / > 5-ь 10 мА составляет несколько ом. При таком сопротивлении изменение прямого напряжения даже на 5-10 мВ приводит к значительным изменениям тока. Поэтому задать прямое напряжение с целью получить нужный ток весьма трудно и для полупроводникового диода, работающего в прямом направлении, более характерен режим заданного тока. На это указывалось при выводе формулы (2-37).

Часто при расчете диодных схем пользуются сопротивлениями постоянному току. Из формулы (2-37) получаем зависимость такого сопротивлекия от тока (рис. 2-22, а):

Из формулы (2-3.3) получаем зависимость этого же сопротивления от напряжения (рис. 2-22, б):

Отсюда следует, что на обратной ветви характеристики, когда. I iy I фг, сопротивление /?д прямо пропорционально напряжению:

В нулевой точке (/ = 0; U = 0) сопротивления Гд и /?д, как нетрудно убедиться, имеют одно и то же значение:

Например, при токе /о = 1 мкА Гдо = Rц(, - 25 кОм. У кремниевых диодов, имеющих гораздо меньший ток /о. сопротивление /до = /до должно было бы составлять сотни мегаом. На самом деле оно меньше по причинам, изложенным в § 2-6.

В области прямых токов сопротивление R всегда больше сопротивления Гд, а в области обратных токов оно всегда меньше сопротивления Гд (рис. 2-22). Обычно (если не делают специальных оговорок) под прямым сопротивлением диода /?пр понимают сопротивление /?д, соответствующее номинальному прямому току (или напряжению), указанному в справочнике. Под обратным сопротивлением диода i?o6p обычно подразумевают сопротивление /д при номинальном обратном напряжении диода.

Необходимо подчеркнуть, что формулы (2-38)--(2-40) выведены на основе характеристики (2-33), которая не отражает всех свойств реального днода. Поэтому на практике значения сопротив-

лений и /?д отличаются от значений, вычисленных по указанным формулам. Причины этих различий рассмотрены в § 2-6 и 2-8.

Температура перехода. Поскольку на переходе падает основная часть приложенного напряжения и выделяется основная мощность, температура перехода может заметно отличаться от температуры внешних электродов, корпуса диода и окружающей среды.

Тепловой баланс в системе диод-внешняя среда устанавливается через некоторое время после включения диода и определяется теплопроводностью отдельных элементов системы. Для практических расчетов важно знать связь между темпе-

Рис. 2-22. Зависимость сЬпротиЕ.п€ннЯ идеализированного диода - диф})еренциального сопротивления лд и сопротиеленн51 постоянному току - от прямого тока (о) и прямого напряжения (6).

ратурой перехода Тср, которую трудно измерить

непосредственно, и температурой окружающей среды Тр р, которая обычно известна. Такая связь дается простым выражением

T ep-To,pRfP, (2-41)

где R.-raK называемое тепловое сопротивление (°С/Вт), а Р = = т - мощность, выделяемая в переходе

Тепловое сопротивление, подобно электрическому, выражается формулой

где X - удельная теплопроводность (играющая роль удельной проводимости)а а / и S - длина и площадь того слоя, через который протекает тепловой поток. Количество таких слоев в реальных конструкциях полупроводниковых приборов достаточно велико, и они имеют весьма различные конфигурации и удельные теплопроводности. Например, в диоде, помимо р- к п-слоев (с резко различными толщиной и площадью), имеются еще слой клея или припоя, крепящего кристалл к ножке , сама ножка , металлические контакты и т. д. Поэтому результирующее тепловое сопротивление диода является суммой сопротивлений отдельных слоев. Сколько-нибудь точный расчет теплового сопротивления невозможен; его, как правило, оценивают из эксперимента.

Для маломощных приборов (50-100 мВт) с площадью кристалла примерно 1 мм° характерны значения /?/ = 600-7-800°С/Вт, для приборов средней мощности (примерно 1 Вт) с соответственно большей площадью кристалла-значения = 50-4-ISCC/Bt, а для мощных приборов. (10-20 Вт и Солее) - значения Rt =