Rezistenta statica si dinamica a diodei semiconductoare

Rezistenta statica si dinamica a diodei semiconductoare

In conditii reale dioda semiconductoare functioneaza in circuite electronice unde, pe langa o sursa de tensiune continua E, se afla si un generator de tensiune alternativa u(t) (Fig. 12.18 a).

Functionarea diodei semiconductoare in cazul aplicarii unei tensiuni (semnale) variabile in timp se numeste regim dinamic de functionare. In regim dinamic, dioda este inlocuita in circuit prin diferite scheme echivalente care depind, de regula, de forma semnalului variabil aplicat in circuit.

Situatiile cele mai des intalnite in practica sunt acelea in care dioda semiconductoare functioneaza in prezenta unui semnal alternativ (componenta alternativa), u_a(t), de mica amplitudine (semnal mic), suprapus peste un semnal continuu (Fig. 12.18 b). In acest caz tensiunea pe dioda semiconductoare, u_A(t), variaza in timp in jurul unei valori fixe, U_A, numita componenta continua, corespunzatoare punctului static de functionare:

(12.123)

Componenta variabila, se considera, de obicei sinusoidala:

(12.124)

a) b)

Fig. 12.18. a) Circuitul electric de regim variabil al diodei semiconductoare.

b) Raspunsul liniar al diodei semiconductoare pn la semnal mic in regim dinamic.

Daca frecventa semnalului este suficient de mica (joasa frecventa), , se poate considera ca la fiecare moment t se stabileste o distributie a concentratiilor de purtatori minoritari care corespunde lui u_A(t) la fel ca in regim stationar. Dependenta curentului i_A(t) prin dioda poate fi aproximata printr-o relatie asemanatoare cu cea din curent continuu (12.110):

(12.125)

Acest mod de functionare se numeste regimul cvasistationar, deoarece poate fi aproximat ca fiind o succesiune de regimuri stationare, aproximare cu atat mai bine justificata cu cat semnalul variaza mai lent in timp.

Inlocuind relatia (12.123) in relatia (12.125) rezulta:

(12.126)

Functionarea in regim variabil la semnal mic, presupune ca amplitudinea componentei alternative, U_a, sa indeplineasca conditia de semnal mic:

(12.127)

In aceste conditii a doua exponentiala din relatia (12.126) se poate dezvolta in serie si retinand doar primii doi termeni ai dezvoltarii se obtine:

(12.128)

sau

(12.129)

unde I_A este componenta continua a curentului instantaneu iar i_a(t) este componenta alternativa, care este proportionala cu semnalul variabil u_a(t):

Factorul de proportionalitate dintre componenta alternativa a curentului si componenta alternativa a tensiunii se numeste conductanta dinamica a diodei sau panta diodei in punctul static de functionare considerat (Fig. 12.18 b) si este definita prin relatia:

(12.130)

Avand in vedere relatia (12.110), conductanta dinamica a diodei poate fi exprimata si prin relatia:

(12.131)

Rezistenta dinamica a diodei, r_i, este egala cu inversa conductantei dinamice, adica:

(12.132)

Din punct de vedere grafic, conditia de semnal mic (12.127), este echivalenta cu liniarizarea caracteristicii din jurul punctului static de functionare M₀. In acest caz rezistenta interne a diodei poate fi exprimata ca fiind egala cu inclinarea tangentei in punctul static de functionare fata de axa curentului, r_i=tg a (Fig. 12.18 b). Trebuie mentionat faptul ca dioda se comporta liniar numai pentru componenta variabila a tensiunii, relatia dintre valorile instantanee totale ramanand in general neliniara din cauza componentei continue, conform relatiei (12.128). Rezistenta dinamica a diodei se mai numeste si rezistenta diferentiala.

Pentru tensiuni inverse care depasesc cateva zeci de volt (u_A>3k_BT/e), panta diodei este extrem de mica si rezistenta interna foarte mare, de ordinul MW. Pentru tensiuni directe, care depasesc cateva zecimi de volt, I_A>>I_s, panta diodei devine foarte mare iar rezistenta dinamica a diodei devine extrem de mica, deoarece, conform relatiei (12.132), r_i depinde invers proportionala de intensitatea curentului:

(12.133)

Pentru un curent I_A =25 mA, la temperatura camerei T=300 K, rezistenta dinamica a diodei are valori cuprinse intre 1 W

Circuitul echivalent al diodei semiconductoare pentru regimul de semnal mic si joasa frecventa (cvasistationar) este constituit dintr-o rezistenta egala cu rezistenta dinamica r_i. Functionarea dinamica a jonctiunii este astfel separata de cea statica, separarea este numai formala, pentru ca rezistenta interna a diodei depinde de valoarea statica a curentului I_A.