Вольт-амперная характеристика (ВАХ) диодов.

Вольт-амперная характеристика диода представляет собой зависимость тока от величины и полярности приложенного напряжения. Вольт – амперная характеристика диода имеет две ветки: прямую и обратную. Схема для снятия ВАХ приведена на рисунке 2.3.

При снятии прямой ветви в схему включаются амперметр для измерения прямого тока и вольтметр, позволяющий измерить доли вольта. Для получения обратной ветви необходимо изменить полярность подаваемого напряжения, включить микроамперметр, измеряющий обратный ток и вольтметр со шкалой на десятки и сотни вольт. На рисунке 2.4, представлены реальные ВАХ германиевого и кремниевого диодов.

В области очень малых прямых напряжений, пока не скомпенсирован потенциальный барьер, ток настолько мал и медленно растёт, что его не показывает микроамперметр в схеме и его невозможно отложить в масштабе, выбираемом для построения прямой ветви. Поэтому реальная характеристика в прямом направлении начинается не с нуля, а при некотором напряжении, называемом пороговым. Пороговое напряжение Uпор составляет десятые доли вольта, для кремниевого диода оно больше чем для германиевого.

С повышением температуры Uпор – уменьшается.

Обратные ветви характеристик германиевого и кремниевого диодов сильно отличаются друг от друга. Это объясняется тем, что величина обратного тока в реальных условиях определяется не только тепловым током, но также током утечки по кристаллу и другим факторами.

Ток утечки зависит от обратного напряжения и почти не зависит от температуры, а тепловой ток, наоборот, зависит только от температуры. У германиевых диодов обратный ток образован главным образом тепловым током, поэтому он сильно растёт с ростом температуры. У кремниевых диодов величина Iобр определяется током утечки, так как тепловой ток значительно меньше. Поэтому у кремния Iобр растёт с ростом Uобр.

Характеристика для прямого тока вначале имеет значительную нелинейность, так как при увеличении Uпр сопротивление запирающего слоя уменьшается. Поэтому кривая идёт большей крутизной. При напряжении Uпр > Uпор запирающий слой исчезнет и остаётся только сопротивление p и n областей. Поэтому характеристика становится почти линейной.

Обратный ток при увеличении обратного напряжения сначала быстро возрастает. Это вызвано тем, что уже при небольшом Uобр за счёт повышения потенциального барьера в переходе снижается диффузионный ток.

Следовательно полный ток Iобр=Iдр-Iдиф резко увеличивается. Однако при дальнейшем росте Uобр ток растёт незначительно.

При некотором значении обратного напряжения возникает пробой p-n – перехода, при котором обратный ток резко возрастает и сопротивление запирающего слоя уменьшается.

Участок АБВ характеристики является обратимым, то есть при этом пробое не происходит необратимых изменений. Поэтому работа диода в режиме электрического пробоя допустима. Специальные полупроводниковые приборы – стабилитроны работают на участке БВ характеристики.

Области теплового пробоя соответствует участок ВГ. Тепловой пробой необратим, так как он сопровождается разрушением структуры вещества в p-n – переходе. Это означает, что количество теплоты, выделяющейся в переходе от нагрева его обратным током, превышает количество теплоты, отводимой от перехода. В результате температура перехода возрастает, сопротивление его уменьшается ток увеличивается, что приводит к перегреву перехода и его напряжение резко падает, у кремниевых же, наоборот, увеличивается.

Основными параметрами выпрямительных диодов являются:

- прямой ток Iпр – значение прямого тока протекающего через диод;

- обратное напряжение Uобр – обратное напряжение при заданном обратном токе;

При эксплуатации диодов в выпрямителях важное значение имеют предельно допустимые режимы их использования. В целях обеспечения длительной и надёжной работы диодов нельзя превышать ни при каких условиях:

- максимально допустимое обратное напряжение Uобр. макс, которое определяется с запасом как 0,7 – 0,8 Uпроб;

- максимально допустимую мощность, рассеиваемую диодов – P макс.

- максимально допустимый постоянный прямой ток Iпр. макс;

- диапазон рабочей температуры.