Вольтамперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода.

Полупроводниковые приборы

Диоды.

Полупроводниковым диодом называется устройство, пред­ставляющее собой два соединенных полупроводника различ­ной проводимости.

Обозначение на схемах:

Катод

V или VD - обозначение диода

VS – обозначение диодной сборки

V7 Анод Цифра после V, показывает номер диода в схеме

Анод – это полупроводник P-типа Катод – это полупроводник N-типа

При приложении внешнего напряжения к диоду в прямом направлении («+» на анод, а « - » на катод) уменьшается потенциальный барьер, увеличивается диффузия – диод открыт (закоротка).

При приложении напряжения в обратном направлении увеличивается потенциальный барьер, прекращается диффузия – диод закрыт (разрыв).

Вольтамперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода.

U_{эл.проб.} = 10 ÷1000 В – напряжение электрического пробоя.

U_нас. = 0,3 ÷ 1 В – напряжение насыщения.

I_a и U_a – анодный ток и напряжение.

Участок I: – рабочий участок (прямая ветвь ВАХ)

Участки II, III, IV, - обратная ветвь ВАХ (не рабочий участок)

Участок II: Если приложить к диоду обратное напряжение – диод закрыт, но все равно через него будет протекать малый обратный ток (ток дрейфа, тепловой ток), обусловленный движением не основных носителей.

Участок III: Участок электрического пробоя. Если приложить достаточно большое напряжение, неосновные носители будут разгоняться и при соударении с узлами кристаллической решетки происходит ударная ионизация, которая в свою очередь приводит к лавинному пробою (вследствие чего резко возрастает ток)

Электрический пробой является обратимым, после снятия напряжения P-N-переход восстанавливается.

Участок IV: Участок теплового пробоя. Возрастает ток, следовательно, увеличивается мощность, что приводит к нагреву диода и он сгорает.

Вслед за электрическим пробоем, очень быстро следует тепловой, поэтому диоды при электрическом пробое не работают. Тепловой пробой - необратим.

Вольтамперная характеристика идеального диода (вентиля)

Основные параметры полупроводниковых приборов:

1. Максимально допустимый средний за период прямой ток (I_{ПР. СР.})

- это такой ток, который диод способен пропустить в прямом направлении.

Величина допустимого среднего за период прямого тока равна 70% от тока теплового пробоя.

По прямому току диоды делятся на три группы:

1) Диоды малой мощности (I_ПР.СР < 0,3 А)

2) Диоды средней мощности (0,3 <I _ПР.СР <1 0 А)

3) Диоды большой мощности (I_ПР.СР > 10 А)

Диоды малой мощности не требуют дополнительного теплоотвода (тепло отводится с помощью корпуса диода)

Для диодов средней и большой мощности, которые не эффективно отводят тепло своими корпусами, требуется дополнительны теплоотвод (радиатор – кубик металла, в котором с помощью литья или фрезерования делают шипы, в результате чего возрастает поверхность теплоотвода. Материал - медь, бронза, алюминий, силумин)

2. Постоянное прямое напряжение (U_пр.)

Постоянное прямое напряжение – это падение напряжения между анодом и катодом при протекании максимально допустимого прямого постоянного тока. Проявляется особенно при малом напряжении питания.

Постоянное прямое напряжение зависит от материала диодов (германий - Ge, кремний - Si)

U_{пр. Ge} ≈ 0.3÷0.5 В (Германиевые) U_{пр. Si} ≈ 0.5÷1 В (Кремниевые)

Германиевые диоды обозначают – ГД (1Д)

Кремниевые диоды обозначают – КД (2Д)

3. Повторяющееся импульсное обратное максимальное напряжение (U_{обр. max})

Электрический пробой идет по амплитудному значению (импульсу) U_{обр. max} ≈ 0.7U_{Эл. пробоя} (10÷100 В)

Для мощных диодов U_{обр. max}= 1200 В.

Этот параметр иногда называют классом диода (12 класс -U_{обр. max}= 1200 В)

4. Максимальный обратный ток диода (I_{max ..обр.})

Соответствует максимальному обратному напряжению (составляет единицы mA).

Для кремниевых диодов максимальный обратный ток в два раза меньше, чем для германиевых.

5. Дифференциальное (динамическое) сопротивление.

В зависимости от конструкции и материала диоды имеют различное назначение:

1. Выпрямительные диоды. Имеют большую площадь кон­такта и используются для выпрямления переменного тока.

2. Детекторные диоды. Имеют малую собственнуюемкостьперехода и используются для работы на высоких час­тотах.

3. Стабилитроны. Изготовляются из специального мате­риала, не разрушающегося при пробое. У такого диода при пробое напряжение остается постоянным. Применяется для ограничения электрических сигналов по току и напряжению. (Используются в стабилизаторах напряжения.)

Обозначение на схемах: