Przełączanie diody. Stan przejściowy pomiędzy stanem przewodzenia diod, a stanem nieprzewodzenia opisuje się za pomocą parametru/ów czasowego/ych.

Transkrypt

1 Przełączaie diody 1. Trochę eorii a przejściowy pomiędzy saem przewodzeia diod, a saem ieprzewodzeia opisuje się za pomocą parameru/ów czasowego/ych. Mamy więc ajprosszy eleme półprzewodikowy (dwójik), kóry powiiśmy opisać za pomocą akiego parameru czasowego, aby w oparciu o jego warość, moża było dokoać szybkiego wyboru elemeu ajbardziej odpowiediego do aszej aplikacji. Wybray paramer wiie być jedozaczie opisay. W sposób jedozaczy określoe muszą być waruki jego pomiaru (czyli; zawsze ależy porówywać jabłka z jabłkami ). Preferowaą meodę pomiaru zawsze wybiera użykowik. kukiem ego, o samo zjawisko fizycze będzie iaczej oceiae przez elekroika, iaczej przez fizyka, jeszcze iaczej przez iformayka. Tak więc, o samo zjawisko fizycze (szybkość zaiku ośików prądu w diodzie): elekroik określi za pomocą parameru off (czas wyłączaia), fizyk określi za pomocą parameru B (czas życia), iformayk (program PICE) określi za pomocą parameru (czas przelou). ą o oczywiście róże paramery, chociaż doyczą ego samego zjawiska fizyczego. ależy rówież wyraźie swierdzić, że ie ma pomiędzy ymi paramerami jedozaczych zależości. Tym iemiej, każda perspekywa ma swoje zaley. Perspekywa elekroika jes waża ze względu a ławość weryfikacji, perspekywa fizyka w sposób jedozaczy opisuje właściwości samego maeriału półprzewodikowego, aomias perspekywa iformayka w sposób syeyczy opisuje właściwości złącza. Obejmuje oa ie ylko czas życia ośików, lecz rówież procesy rekombiacji a koakach oraz efeky związae z ograiczoą długością bazy złącza P W ćwiczeiu r 3 doyczącym efeków dyamiczych przełączaia diody skocerowao się a pomiarach czasu życia i czasu przelou ośików. Poiżej, a rysuku 1 przedsawioo schemayczie diodę półprzewodikową P oraz rozkład ośików admiarowych w bazie ( - ) przy polaryzacji złącza w kieruku przewodzeia. W związku z ograiczoą długością bazy (obszar - ) ie wszyskie ośiki admiarowe ulegą rekombiacji w jej obszarze. Pewa część ośików ulegie rekombiacji dopiero w warswie koakowej ( + ). Już e fak sprawia, że dokłade wyzaczeie czasu życia ośików jes rude. Dla przeprowadzeia dokładego pomiaru czasu życia ośików obszar ( - ) wiie rozciągać się do ieskończoości. Poieważ w prakyce jes o iemożliwe, za waruek wysarczający przyjmuje 1

2 się jeżeli długość bazy ( - ) jes wielokroie większa od średiej drogi dyfuzji ośików miejszościowych, a efeky związae z przemieszczeiem się ładuków w obszarach koakowych są pomijae (parz ćw. r 2). ajkorzysiejsze są więc akie meody, gdzie efeky związae ze zjawiskami koakowymi są wyelimiowae p. meoda geeracji ośików admiarowych za pośredicwem błysków świelych połączoa z obserwacją zaiku przewodicwa. Meoda a jes sosowaa przy oceie jakości wafli. łuży między iymi do ocey ilości defeków. ys. 1. ozkład koceracji admiarowych ośików w bazie i warswie koakowej 2. Pomiar czasu życia ośików miejszościowych. W ćwiczeiu do ocey czasu życia zasosujemy meodę miej doskoałą (ieuchroe zjawiska koakowe) polegającą a pomiarze zaiku apięcia a diodzie po rozwarciu obwodu polaryzującego diodę (Ope Circui Volage Decay OCVD). Przy agłym odłączeia obwodu polaryzacji diody admiarowe ośiki miejszościowe zajdujące się w obszarze bazy diody ( - ), skukiem procesu rekombiacji będą zaikać według fukcji: ( ) ( 0 ) e (1) gdzie, sała czasowa, czyli czas po kórym koceracja ośików admiarowych maleje e-razy. aomias rówaie: ( ( 0 ) e ) (2) określa warość wewęrzego prądu rekombiacji. 2

3 (hockleya): Z drugiej sroy, zależość pomiędzy prądem (I D ), a apięciem a diodzie (U D ) określa wzór I D U D q kt U D q kt I ( e 1) I e (3) gdzie: I prąd asyceia, współczyik emisji (ieidealości) złącza, q ładuek elekrou, k sała Bolzmaa, T emperaura. Załóżmy hipoeyczie, że po pewym czasie, od chwili rozwarcia obwodu, chcemy powsrzymać dalszy zaik ośików miejszościowych w obszarze bazy. W ym celu ależałoby a diodę w ym właśie momecie przyłożyć pewą warość apięcia U 1, aką kóra spowoduje przepływ zewęrzego prądu kompesującego wewęrzy prąd rekombiacji. Zaem: 1 U 1 ( 1) ( 0) e I e q kt (4) Aalogicze rówaie moża zapisać dla iego momeu czasowego 2, a po podzieleiu przez siebie obu rówań orzymamy: e 12 q( U1U 2 ) kt e (5) Zaem, sała czasowa może być określoa za pomocą wzoru: kt (6) q U Określa oa wypadkowy czas życia, uwzględiający wpływ czasu życia ośików miejszościowych w warswie koakowej. Dla krókiej bazy wyik pomiaru zbliżoy jes do czasu życia ośików w warswie koakowej. Dokoując pomiarów sałej czasowej zauważymy, że a podsawie oscylogramu moża wyzaczyć rówież drugą sałą czasową, kóra określa czas życia w słabo domieszkowaym obszarze bazy ( - ). Zjawisko o wyjaśia rysuek poiżej (rys. 2). Współczyik emisji (ieidealości) moża wyzaczyć w oparciu o pomiary saycze. 3

4 ys. 2. posób pomiaru czasu życia ośików 3. Czas przelou ośików miejszościowych. W programie przezaczoym do symulacji układów elekroiczych PICE właściwości diody w dziedziie czasu określa paramer azyway czasem przelou (rasi ime). Jak sama azwa sugeruje określa o czas przejścia ośików miejszościowych przez pewie obszar ( - bazy). Przyjęcie ego ermiu ma swoje uzasadieie, poieważ długość bazy ma zaczie siliejszy wpływ a wielkość ładuku ośików miejszościowych, aiżeli czas życia admiarowych ośików miejszościowych. Ładuek ośików admiarowych, kóry główie zgromadzoy jes w słabo domieszkowaym obszarze bazy ( - ), jes wpros proporcjoaly do aężeia przepływającego przez diodę prądu w kieruku przewodzeia (I F ) oraz czasu przelou admiarowych ośików miejszościowych: (7) I F Jeżeli agle zmieimy kieruek przepływającego przez diodę prądu (zmiaa polaryzacji przewodzącej a zaporową), o zgromadzoy ładuek będzie zaikać wskuek dwóch czyików: wewęrzego prądu rekombiacji po dojściu ośików do warswy koakowej, zewęrzego prądu polaryzacji. Zmiaę ładuku wskuek ych czyików wyraża wzór poiżej: I (8) 4

5 Po zróżiczkowaiu rówaia (8) orzymamy: (9) ozwiązaiem rówaia (9) jes fukcja w posaci: asępie po podsawieiu (10) do (8) orzymamy: ( ) A e B (10) B I (11) W momecie zmiay kieruku prądu czyli w czasie =0 (waruek począkowy): I F Ae I (12) Zaem, A I I ) ( (13) F Osaeczie orzymujemy: F ( ) ( I I ) e I (14) ależy eraz ylko obliczyć czas po kórym () jes rówe zero: I I F l (15) I Zależość (15) umożliwia obliczeie czasu przepływu prądu przez diodę po agłej zmiaie polaryzacji diody z ormalej a rewersyją. W oparciu o zmierzoy czas magazyowaia ( s ), rówaie o, pozwala określić czas przelou ośików miejszościowych. Pokazuje rówież jak dodakowy prąd rewersyjy może przyspieszyć proces wyłączaia diody. posób pomiaru czasu magazyowaia wyjaśia rysuek 3. 5

6 ys. 3. posób pomiaru czasu magazyowaia Przygoowując o moje widzimisię korzysałem za asępujących pozycji: Lifeime Facors i ilico, America ociey for Tesig ad Maerials, 1980, Jacek Izydorczyk, Pspice- kompuerowa symulacja układów elekroiczych, HELIO, zbigmag 6