ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ.
Выпрямительные диоды являются плоскостными. Площадь перехода определяется расчетным значением (~Ia) выпрямленного Ia.
На рис.1 приведены ВАХ Ge и Si выпрямительных диодов малой мощности при комнатной и максимально допустимой температуре окружающей среды. Наиболее существенно отличаются обратные ветви приведенных характеристик. Это различие проявляется в характеристике зависимости как обратного I от Uобр. , так и, особенно сильно, от температуры. Обратные ветви указанных характеристик отличаются также от характеристик идеального p-n-перехода.
Причины отличий.
Рассматривая p-n-переход при обратном включении, мы считали Iобр. равным тепловому (дрейфовому) току Iт, который не зависит от Uобр.. Поэтому характеристика Iобр. идеального p-n-перехода шла параллельно горизонтальной оси. В реальном p-n-переходе при обратном напряжении кроме теплового тока протекают еще токи термогенерации (Iг) и утечки (Iу ).
В отличие от Iт, образующегося за счет наличия носителей заряда в p- и n-областях, Iг является следствием возникновения носителей заряда в самом p-n-переходе. Внутри p-n-перехода, как в каждом полупроводнике, при комнатной температуре имеет место ионизация атомов, в результате которой образуется небольшое количество носителей заряда - свободных электронов и дырок ( ē и pк). Электрическим полем перехода дырки перебрасываются в p-область, а ē в n-область, повышая, таким образом, Iобр. диода. Поскольку указанные носители заряда возникают за счет тепловой (генерации) энергии, этот ток называется током термогенерации. С повышением Uобр. ширина p-n-перехода повышается и Iг повышается. При повышении температуры Iг также повышается.
Iу протекает по поверхности кристалла под действием Uобр. и зависит от наличия на этой поверхности молекулярных или ионных пленок, шунтирующих переход, например, молекул окислов основного материала, молекул газа и т.п. С повышением Uобр. повышается Iу . От температуры Iу практически не зависит.
Таким образом Iобр. через VD имеет три составляющие:
Iобр. = Iт + Iг + I у
Поскольку Iг и I у зависят от Uобр., суммарный ток диода также зависит от приложенного к нему Uобр..
Соотношение между составляющими Iобр. у Ge и Si диодов различно. У Ge диодов при комнатной температуре Iт>>Iг+Iу. Следовательно: 1)изгиб у характеристики Iобр. в начале; 2)при повышении температуры Iобр. сильно повышается. У Si диодов при комнатных температурах очень мал, и поэтому
Iг+Iу >>Iт . Причем часто Iу >Iг, т.е. Iу является основной составляющей тока Iобр. у Si диодов.
При комнатной температуре электрический пробой у Ge дидов наступает примерно при Uобр. =150 В, а у Si - при Uобр. =300 В. С повышением температуры Uпроб. у Ge диодов резко падает, а у Si – даже несколько повышается. Т.о., Si диоды могут работать при более высоких Uобр. и с меньшими Iобр., чем Ge. Поэтому в настоящее время выпрямительные диоды изготавливаются на базе Si.
Прямой ток диодов при повышении температуры также повышается, т.к. повышается число носителей заряда в p- и n- областях в результате ионизации.
Эквивалентная схема диода на НЧ показана на рис.2.
В этой схеме R0 – небольшое суммарное сопротивление p- и n- областей, Rn – сопротивление p- n-перехода, зависящее от полярности и значения приложенного напряжения, Cn – емкость перехода.
При прямом включении
Rпр. = ∆Uпр. / ∆Iпр. [единицы – десятки Ом – маломощные диоды].
При обратном включении
Rобр. = ∆Uобр. / ∆Iобр. [единицы МОм – маломощные диоды].
Т.е. Rобр>>Rпр., дающее возможность использовать диод в качестве выпрямительного элемента.
Из-за большой площади перехода емкость у выпрямительных диодов относительно велика (десятки пФ). Поэтому их можно применять для выпрямления токов с частотами не более 1-2 кГц.
Однотипные диоды можно соединять между собой последовательно или параллельно.
Необходимость в последовательном соединении диодов возникает в тех случаях, когда выпрямляемое напряжение по своей амплитуде превышает максимально допустимое Uобр. диода. Из-за разброса параметров соединяемые диоды могут иметь неодинаковое Rобр.. Это приведет к тому, что Uобр. распределится между ними неравномерно. Отдельные диоды, имеющие наибольшее Rобр., будут работать при повышенном Uобр. и могут выйти из строя. Причем пробой одного из диодов приведет к выходу из строя остальных, соединенных с ним последовательно, т.к. выпрямляемое напряжение распределится между еще работающими диодами и на долю каждого из них придется Uобр., значительно превышающее допустимое. Поэтому при последовательном соединении диоды обычно параллельно каждому из них подключают уравнительные резисторы с сопротивлением порядка сотен кОм (рис. 3а).
К параллельному соединению диодов прибегают тогда, когда нужно получить ток больше предельного тока диодов данного типа. При параллельном соединении различие в прямых сопротивлениях диодов приводит к тому, что они оказываются неодинаково нагруженными и ток через диод с наименьшим прямым сопротивлением может превысить предельный. Поэтому для выравнивания токов последовательно с диодом включают резисторы с малым сопротивлением
(десятые доли Ом – единицы Ом) (рис. 3б).
Дата добавления: 2015-06-01; просмотров: 1276;