5.6.2. Условия измерений и математические модели вольт-амперных характеристик прямого тока для p-n переходов.
Для исследования был взят биполярный транзистор NPN-типа КТ312В. Корпус транзистора был впаян низкотемпературным припоем в металлический теплоотвод. Металлический теплоотвод представлял собой цилиндрический сосуд из жести, внутрь которого заливалась вода. Температура воды измерялась термометром. Наличие теплоотвода позволило стабилизировать температуру при проведении измерений. Температура при измерениях поддерживалась 20 градусов по Цельсию. Когда требовалось установить влияние температуры на функцию, температура изменялась - 10, 20, 30, 40, 50 и 60 градусов по Цельсию. При исследовании были собраны схемы (см. рис. 5.28. – 5.31.). Все результаты измерений собраны в таблицы.
При обработке результатов измерений были получены математические модели. Для проверки результатов работы, были получены экспериментальные данные функций FBE1, FBK1, FBE0, FBK0 транзистора КТ312В.
5.6.3. Способы наблюдения вольт-амперных характеристик прямого тока для pn-переходов .
На рисунке 5.32. показаны вольт-амперные характеристики для функций FBE1 и FBK1 в обычном масштабе. Графики на рисунке 5.32. определяются функциями
Рис. 5.32. Вольт-амперные характеристики для FBE1 и FBK1 при температуре 20 градусов по Цельсию в обычном масштабе.
На рисунке 5.33. показаны вольт-амперные характеристики для функций FBE1 и FBK1 в полулогарифмическом масштабе. Графики на рисунке 5.32. определяются функциями
Рис. 5.33. Вольт-амперные характеристики для FBE1, FBK1, FBE0, и FBK0 при температуре 20 градусов по Цельсию в полулогарифмическом масштабе.
Графики в полулогарифмическом масштабе более информативны – они позволяют получить информацию о малых токах вольт-амперной характеристики. В обычном масштабе передача такой информации невозможна. Для получения информации о малых токах, в обычном масштабе, необходимо построить несколько графиков одной и той же функции, которые будут в разных масштабах.
Преимущество полулогарифмического масштаба также в том, что мы можем оценить идеальность экспоненты тока по линейности её характеристики.
5.6.4. Уравнение вольт-амперной характеристики pn-перехода.
Из выражения о соотношении флуктуационного и электрического тока (см. глава 3.3.3.):
(3.3.2.,11)
Мы можем вывести уравнение для вольт-амперной характеристики PN-перехода:
где:
ΔF2 – ΔF1 – разность составных термоэлектрических потенциалов.
Если рассматривать добавочное сопротивление, то получим:
,
которое совпадает с уравнением, полученным в результате эксперимента:
(5.6.4.,01)
Уравнение, приводящиеся к виду (5.6.1.,01) называется эмиссионным уравнением. Эмиссионное уравнение характеризует электрический ток в условиях флуктуационного тока. Коэффициенты уравнения (5.6.4.,01) имеют следующие значения:
(5.6.4.,02)
ΔFT –удельная энергия теплообмена на единицу электрического заряда, приходящаяся на единицу электрического тока.
UD - разность электрических потенциалов в зоне N. Эта разность потенциалов входит в СТЭ - потенциал ΔF2 зоны N.
(5.6.4.,03)
СТЭ - потенциал на поверхности PN-перехода:
(5.6.4.,04)
где
(5.6.4.,05)
В уравнении вольт-амперной характеристики PN-перехода имеется два параметра: температура TF и напряжение UF.
(5.6.4.,06)
Эти два параметра входят в формулу СТЭ-потенциалов на поверхности PN-перехода. TC – температура окружающей среды
PN-перехода, или температура PN-перехода.
Температуры в эмиссионном уравнении измеряется в Кельвинах, напряжения – в Вольтах, токи – в Амперах.