Курс лекций по электронике. Курс лекций Курс лекций 1 Введение 4 Полупроводниковые диоды 7
 Скачать 5.23 Mb.
|
1.2. Вольт-амперная характеристика диодаСвойства диода определяются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Вольт-амперная характеристика диода показана на рис. 7. Приближенно она может быть описана уравнением: I=IO(e U/mт –1), где IO – ток насыщения обратносмещенного перехода (обратный тепловой ток); U – напряжение на p-n переходе; т = kT/q – тепловой потенциал, равный контактной разности потенциалов к на границе p-n перехода при отсутсвии внешнего напряжения; k =1,3810-23 Дж/К– постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура; q =1,610-19кулон – заряд электрона; m - поправочный коэффициент, учитывающий отклонение от теории. При комнатной температуре Т=300К, т = 0,026В. На ВАХ различают две ветви: прямая ветвь, которая находится в первом квадрате и обратная ветвь в третьем квадрате. Уравнение (1) хорошо описывает характеристику реального диода в прямом направлении и для небольших токов, В соответствии с (1) сопротивление диода является нелинейным. В случае линейного сопротивления ВАХ была бы прямая линия. На прямой ветви реальной ВАХ имеется резкий загиб, который характеризуется напряжением включения. Для германиевых диодов напряжение включения равно примерно 0,3В, для кремниевых – примерно 0,6В. Значение обратного тока на обратной ветви примерно постоянно в широком диапазоне напряжения. При превышении определенного значения обратного напряжения, называемого напряжением пробоя Uпроб, начинается лавинообразный процесс нарастания обратного тока, соответствующий электрическому пробою p-n перехода. Если в этот момент ток не ограничить, то электрический пробой перейдет в тепловой. Тепловой пробой обусловлен ростом числа носителей в p-n переходе. При этом мощность, выделяющаяся в диоде UобрIобр, не успевает отводиться от перехода, его температура растет, растет обратный ток и, следовательно, продолжает расти мощность. Тепловой пробой необратим, т.к. разрушает p-n переход. У любого диода оговаривается несколько основных параметров:
Преобладают кремниевые диоды, так как имеют более высокую предельную рабочую температуру (150оС против 75оС для германиевых), допускают большую плотность прямого тока (60...80А/см2 по сравнению с 20... 30А/см2), обладают меньшими обратными токами (примерно на порядок) и большими допустимыми обратными напряжениями (1500...2800В по сравнению с 600...800В). Однако кремниевые диоды имеют большее прямое падение напряжения. Прямое падение напряжения при прямом номинальном токе обозначается Uпр. Uпр=0,3...0,4В для германиевых диодов, Uпр=0,6...1,2В для кремниевых диодов.  Работоспособность диода определяется выделяемой на нем мощностью P=UI. U и I относятся к определенной точке ВАХ. Мощность определяет нагрев. Рабочий участок диода на ВАХ рис. 7 отмечен жирной линией. Если диод начинает работать на не рабочих участках ВАХ, он выходит из строя. На не рабочих участках мощность превышает допустимую, нагрев превышает допустимый. При нагреве, превышающем допустимый, диод разрушается. Зависимость ВАХ от температуры показана на рис. 10. При рассмотрении режимов работы схем с диодами их часто представляют в виде идеализированных приборов, которые являются идеальными проводниками в прямом направлении и идеальными изоляторами в обратном направлении. Идеализированная ВАХ представлена на рис. 9. По назначению различают следующие типы диодов: 1. Выпрямительные. 2. Импульсные. 3. Высокочастотные. 4. Стабилитроны и стабисторы. Диоды различают также по мощности и по частотным свойствам. 1.3. Выпрямительные диодыПредназначены для работы при напряжениях частоты до нескольких кГц и при некрутых фронтах питающего напряжения. Не предназначены для прямоугольного питающего напряжения. Для выпрямительных диодов оговариваются два основных параметра: 1.Ток прямой номинальный (среднее значение). 2. Напряжение обратное максимальное (мгновенное). Диоды выпускаются на ток 10мА...1000А. Обратное напряжение находится в пределах от 10В до нескольких кВ. Для мощных диодов (ток 10А) обратное напряжение определяют классом диода. Класс диода - это 100В, умноженное на цифру класса. Цифра класса от 1 до 20. Например: Д50-12, здесь 50 ток прямой номинальный в А; 12 класс. Класс это параметр, используемый для мощных диодов и характеризующий обратное напряжение. У мощных диодов номинальный прямой ток допустим только при установке диода на радиатор и при принудительном охлаждении со скоростью воздуха 12м/с. Без принудительного охлаждения воздухом (имеется только радиатор) допустимый ток составляет около 30% от номинального. У современных диодов распространены следующие обозначения: ДXXXY или КДXXXY, где КД кремниевый диод, XXX цифры, Y буква. Первая цифра говорит о виде диода (выпрямительные 1,2). Буква определяет обратное напряжение. Второстепенные параметры: 1.Максимальный обратный ток Iобр.макс (от десятков нА до десятков мА). 2.Прямое падение напряжения Uпр ( 0,3...1,2В). 3.Максимальная рабочая частота, до которой обеспечиваются заданные токи, напряжения и мощность. 4.Время восстановления запирающих свойств диода. Диод не проводит (или запирается) при приложении обратного напряжения. Запирание переход от проводящего состояния к непроводящему. При приложении прямоугольного обратного напряжения диод ведет себя как показано на рис.11. Интервал I время рассасывания носителей, интервал II бросок обратного тока. Он связан с наличием барьерной емкости диода. Интервал tв - время восстановления, т.е. время перехода от проводящего состояния до момента установления обратного тока на ВАХ. Из-за не идеальности диода ограничивается предельная частота его работы. При очень высокой частоте диод перестает выполнять свои функции. |