Почему ток кремниевого диода резко растёт после примерно 0,7 В?

Экспонента в уравнении Шокли начинает доминировать, когда V превышает η·(kT/q) (kT/q ≈ 26 мВ при комнатной температуре). Для кремния сочетание контактной разности потенциалов и экспоненты даёт область «открывания» около 0,6–0,7 В — это не жёсткий порог, а участок быстрого роста.

Что такое коэффициент неидеальности η и почему он не всегда равен 1?

η = 1 соответствует идеальной диффузии носителей в нейтральных областях. Рекомбинация и генерация в обеднённом слое дают иную зависимость от напряжения, поэтому для подгонки ВАХ берут η от 1 до 2.

Как температура влияет на диод?

Обратный ток насыщения I_0 растёт с T почти экспоненциально из-за тепловой генерации пар. Одновременно растёт V_T = kT/q, и экспонента становится положе. При фиксированном прямом V ток обычно растёт с температурой — это важно для тепловой устойчивости схемы.

Проводит ли диод при обратном смещении?

Да, слабо: уравнение Шокли даёт ток около −I_0, когда обратное напряжение больше нескольких kT/q. Это диффузия неосновных носителей. Пробой (зенеровский или лавинный) в модель не входит.

p–n-переход и диод

Диаграмма энергетических зон и ВАХ по уравнению Шокли; коэффициент неидеальности, температура, масштаб I₀.

О модели

p–n-переход образует обеднённый слой и контактную разность потенциалов: зоны изгибаются, основные носители встречают барьер. Прямое смещение понижает барьер и открывает диффузионный ток; обратное — повышает барьер и оставляет малый ток насыщения. Ток описывает уравнение Шокли I = I_0 [exp(qV/(η kT)) − 1], где η — коэффициент неидеальности, I_0 — обратный ток насыщения. Меняйте η, T и масштаб I_0: видны крутизна открывания, сдвиг ВАХ и типичное напряжение открывания кремния около 0,6–0,7 В. Нет последовательного сопротивления, пробоя и рекомбинации в обеднённой области сверх η.

Для кого: Вуз: физика полупроводников и электроника; 10–11 класс — ВАХ диода.

Ключевые понятия

уравнение Шокли
коэффициент неидеальности
обратный ток насыщения
диаграмма энергетических зон
обеднённая область
контактная разность потенциалов
прямое смещение

Как это работает

Уравнение Шокли I = I_0 (e^{V/(η V_T)} − 1), V_T = kT/q. Прямое смещение сужает обеднённый слой на схеме зон, обратное — расширяет; ток стремится к −I_0. На экране — зонная картина и ВАХ при выбранных η, T и I_0.

Основные формулы

I = I₀ (e^{V/(nV_T)} − 1)

Часто задаваемые вопросы

Почему ток кремниевого диода резко растёт после примерно 0,7 В?: Экспонента в уравнении Шокли начинает доминировать, когда V превышает η·(kT/q) (kT/q ≈ 26 мВ при комнатной температуре). Для кремния сочетание контактной разности потенциалов и экспоненты даёт область «открывания» около 0,6–0,7 В — это не жёсткий порог, а участок быстрого роста.
Что такое коэффициент неидеальности η и почему он не всегда равен 1?: η = 1 соответствует идеальной диффузии носителей в нейтральных областях. Рекомбинация и генерация в обеднённом слое дают иную зависимость от напряжения, поэтому для подгонки ВАХ берут η от 1 до 2.
Как температура влияет на диод?: Обратный ток насыщения I_0 растёт с T почти экспоненциально из-за тепловой генерации пар. Одновременно растёт V_T = kT/q, и экспонента становится положе. При фиксированном прямом V ток обычно растёт с температурой — это важно для тепловой устойчивости схемы.
Проводит ли диод при обратном смещении?: Да, слабо: уравнение Шокли даёт ток около −I_0, когда обратное напряжение больше нескольких kT/q. Это диффузия неосновных носителей. Пробой (зенеровский или лавинный) в модель не входит.

Продолжите с близкими темами в этой категории — или все 65 в «Электричество и магнетизм».

Вся категория →

НовоеШкольные

Солнечный элемент: ВАХ и точка максимальной мощности

Запустить симулятор

Однодиодная модель: фототок от освещённости, показатель идеальности n, температура; кривые I(V) и P(V), точка максимальной мощности.

НовоеШкольные

Правила Кирхгофа

Запустить симулятор

Постоянный ток на трёх узлах: делитель в узле и опционально R∥V; подсказки, уравнения узлов и контуров, найденные токи — первое и второе правила Кирхгофа.

ПопулярноеШкольные

Конструктор цепей

Запустить симулятор

Последовательная цепь из шести слотов: батарея, резистор, лампа, ключ, провод. Ток при замкнутом контуре.

НовоеУниверситет / научные

Трёхфазный переменный ток

Запустить симулятор

Фазные и линейные напряжения, фазоры, связь звезда/треугольник, линейный ток, cos φ и мощности P/Q/S.

НовоеШкольные

Повышающий преобразователь

Запустить симулятор

Повышающий преобразователь постоянного напряжения: V_вых = V_вх/(1−D), пульсации тока дросселя, состояния ключа и диода, граница непрерывного и прерывистого тока, выходная пульсация.

НовоеШкольные

Диполь в однородном электрическом поле

Запустить симулятор

Момент сил τ = −pE sin θ и энергия U = −pE cos θ. Затухающие колебания диполя; можно включить переменное поле.

p–n-переход и диод

О модели

Как это работает

Основные формулы

Часто задаваемые вопросы

Похожие симуляторы

Солнечный элемент: ВАХ и точка максимальной мощности

Правила Кирхгофа

Конструктор цепей

Трёхфазный переменный ток

Повышающий преобразователь

Диполь в однородном электрическом поле

p–n-переход и диод

О модели

Как это работает

Основные формулы

Часто задаваемые вопросы