D1 Strom-Spannungs-Kurven (I-V)

Thema

Die gemessene Strom-Spannungs-Kennlinie dieser Diode, die die grundlegende experimentelle Methode zur Beschreibung dieses Modells darstellt, wird angepasst und auf einer halblogarithmischen Skala dargestellt, um die Parameter des Shockley-Modells derselben Diode zu extrahieren. Dieses Modell wird in einem weiteren Modell dieser Reihe detaillierter beschrieben. Auf dieser halblogarithmischen Skala wird der Abschnitt der gemessenen Strom-Spannungs-Kennlinie, in dem sich die Diode noch ideal verhält, zu einer Geraden. Die Steigung und der y-Achsenabschnitt dieser Geraden liefern den Idealitätsfaktor bzw. den Sättigungsstrom des Shockley-Modells. Weicht die gemessene Strom-Spannungs-Kennlinie in irgendeinem Abschnitt von dieser idealen Geraden auf der halblogarithmischen Skala ab, liegt dieser Abschnitt folglich außerhalb des Bereichs, in dem diese halblogarithmische Anpassung die Parameter des Shockley-Modells noch zuverlässig bestimmen kann.

Genau diese Abweichung der gemessenen Strom-Spannungs-Kennlinie von der idealen Geraden bei hohem Vorwärtsstrom der Diode nutzt Cheungs Methode, um den Serienwiderstand der Diode zu bestimmen: Bei diesem hohen Vorwärtsstrom fällt ein zunehmend größerer Anteil der an die Diode angelegten Gesamtspannung am Serienwiderstand ab, anstatt wie im Shockley-Modell beschrieben am pn-Übergang selbst. Dieser zusätzliche Spannungsabfall am Serienwiderstand bewirkt die Abweichung der gemessenen Strom-Spannungs-Kennlinie von der idealen Geraden auf dieser halblogarithmischen Skala. Der höhere Serienwiderstand dieser Diode führt bereits bei niedrigerem Vorwärtsstrom zu einer Abweichung der gemessenen Strom-Spannungs-Kennlinie von der idealen Geraden.

Daher lässt sich dieses Modell, das die Strom-Spannungs-Kennlinie der Diode und ihren Serienwiderstand beim Einschalten verwendet, auch auf andere MOSFETs anwenden. Aus der Strom-Spannungs-Kennlinie des MOSFETs wird die Steilheit (Transkonduktanz) extrahiert. Diese ist als Parameter Bestandteil des Modells desselben MOSFETs, welches ein anderes Modell dieser Gruppe detaillierter beschreibt. Die Steilheit – die Steigung des MOSFET-Stroms in Abhängigkeit von der Gate-Spannung – ist zusammen mit dem Idealitätsfaktor, dem Sättigungsstrom und dem Serienwiderstand der Diode ein Parameter, der nur mit derselben Messtechnik der Strom-Spannungs-Kennlinie direkt ermittelt werden kann. Da diese Strom-Spannungs-Kennlinie, gemessen an dieser Diode oder jenem MOSFET, die gleiche experimentelle Grundlage für die Bestimmung all dieser Parameter bildet, ist dieses Modell folglich der gemeinsame experimentelle Ausgangspunkt für die beiden anderen Modelle dieser Gruppe.

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