Рабочий режим диода

На рис. 4.5,а приведено условно-графическое обозначение (УГО) выпрямительного диода с обозначением его электродов: А – анод, К – катод. Прямой ток проходит тогда, когда анод имеет положительный потенциал относительно катода. Следовательно, треугольник следует рассматривать как острие стрелки, показывающий условное направление прямого тока. Именно в этом направлении при прямом токе движутся дырки. Известно, что за условное направление электрического тока принято движение положительных зарядов (противоположное движению электронов).

Режим диода с нагрузкой называют рабочим (рис. 4.5,б). Если бы диод обладал линейным сопротивлением, то расчет тока в подобной схеме не представлял бы затруднений, т.к. общее сопротивление цепи равно сумме сопротивления диода постоянному току R₀ и сопротивления нагрузочного резистора R_Н. Но диод обладает нелинейным сопротивлением, и значение R₀ у него изменяется при изменении тока. Поэтому расчет тока производят графическим способом.

Задача состоит в следующем: известны Е, R_Н и ВАХ диода, требуется определить ток в цепи и напряжение на диоде.

Характеристику диода следует рассматривать как график некоторого уравнения, связывающего величины i и u (рис. 4.5,в). А для сопротивления R_Н подобным уравнением является закон Ома:

I = u_R / R_Н = (Е – u_D) / R_Н. (4.5)

Итак, имеются два уравнения с двумя неизвестными i и u, причем одно из уравнений задано графически. Для решения такой системы уравнений необходимо построить график второго уравнения и найти координаты точки пересечения двух графиков.

Уравнение для сопротивления R_Н – это уравнение первой степени, поэтому его графиком является прямая линия - линия нагрузки. Обычно ее строят по двум точкам. При i = 0 из уравнения (4.5) получаем: Е – u_D = 0 или u_D = E, что соответствует точке А на рис. 4.5,в. А если u_D = 0, то
i = E / R_Н. Откладывают этот ток на оси ординат (точка В). Через эти точки проводят прямую, которая и является линией нагрузки. Координаты точки пересечения графиков Т дают решение задачи. Следует отметить, что все остальные точки прямой АВ не соответствуют каким-либо режимам диода.

При построении линии нагрузки для сравнительно малых значений R_Н точка В может оказаться за пределами чертежа. В этом случае следует отложить от точки А влево произвольное значение напряжения (точка С) (рис. 4.5,г) и вверх отложить ток, равный U / R_Н (отрезок СВ). Прямая, проведенная через точки А и В является линией нагрузки. Координаты точки пересечения Т дают искомые значения параметров цепи.

Следует отметить, что графический расчет не требуется, если
R_Н >> R₀. В этом случае допустимо пренебречь сопротивлением диода и определять приближенно ток по формуле i = E / R_Н.

Рассмотренные методы можно применить для амплитудных или мгновенных значений, если источник Е является переменным.

Иногда возникает необходимость в определении некоторых параметров полупроводникового диода:

v сопротивление постоянному току в прямом смещении

R₀ = U_ПР / I_ПР; (4.6)

v сопротивление при обратном смещении

R₀ = U_ОБР / I_ОБР; (4.7)

v сопротивление диода переменному току (дифференциальное)

R_i = DU_ПР / DI_ПР; (4.8)

v крутизна ВАХ для прямого тока

S = DI_ПР / DU_ПР . (4.9)