Выпрямительные диоды. Схемы замещения диода для прямого и обратного включения, страница 2

Из-за сложности аналитического представления токов и напряжений в реальных схемах с диодами на практике часто используется графоаналитический метод решения задач.

Пример: определить падение напряжения на открытом диоде VD, ток I, r_ДИФ в схеме, представленной на рис. 9.3.2, б. Известна ВАХ диода (рис.8.2, в), U_П = 2 В, R = 1 кОм.

Рис. 8.3.2 Обозначение диода (а), схема включения диода (б), иллюстрация

графического метода определения тока через диод и напряжения на нем (в)

При решении используется 2-ой закон Кирхгофа для цепи (рис. 8.3.2, б):

 

(8.3.2)

Это уравнение прямой линии (нагрузочная прямая), которая строится по двум точкам ее пересечения с осями координат. Напряжение холостого хода U_ХХ – это точка пересечения оси абсцисс и нагрузочной прямой: U_ХХ = U_П = 2 В. Ток короткого замыкания I_КЗ – точка пересечения прямой с осью ординат: I_КЗ = U_П/R = 2 мА. Связь между I и U_ПР диода определяется ВАХ.

Рабочая точка «А» пересечения прямой с ВАХ является графическим решением задачи: I = 1 мА; U_ПР = 1 В.

Для расчета дифференциального сопротивления диода нужно провести касательную к ВАХ в рабочей точке и определить значения DU и DI как проекции на соответствующие оси: 

Этот метод удобно применять для сложных схем, содержащих много элементов.

В простых задачах используются только аналитические зависимости и схемы замещения диода для прямого включения (рис.9.3.3, а) и обратного включения (рис.9.3.3, б). Характеристики диодов, указанные на рисунке, берутся из справочной литературы.

Рис. 8.3.3 Схемы замещения диода

для прямого включения (а) и обратного включения (б).

Пример: при комнатной температуре прямой ток через германиевый диод составляет        I = 1А. Найти, при каком напряжении ток через диод будет равен 1% от величины I. Значение I_ОБР = 3 мкА.

Выражение 8.3.1 для комнатной температуры можно записать в следующем виде:

 

(8.3.3)

где: e – основание показательной функции.

Ответ: U = 0,2 В.

Основная зависимость обратного тока от материала полупроводника определяется шириной запрещенной зоны DW, так как она стоит в экспоненте:

 

(8.3.4)

Поэтому для расчета изменений обратного тока или соотношения этой величины у различных диодов достаточно использовать выражение 8.3.4.

Обозначение полупроводниковых диодов

Обозначение состоит из 6-ти элементов (ГОСТ 10862-72):

1 элемент – это буква, указывающая на основе какого материала выполнен диод (Г или 1 – германий, К или 2 –  кремний, А или 3 – соединения галлия, например, арсенид галлия, И или 4 – соединения индия). Цифрами обозначаются приборы военной приемки, буквами приборы коммерческого назначения.

2 элемент – буква, обозначающая подклассы диода. Выпрямительные, высокочастотные,  импульсные и универсальные – Д.  А – сверхвысокочастотные. Варикапы – В. Туннельные – И. Стабилитроны – С. И – туннельные. Ф – фотодиоды. Л – светодиоды. Ц – выпрямительные столбы и блоки.

3 элемент – цифра, определяющая назначение диода. Для выпрямительных диодов: 1 –  I_ПР.MAX  ≤ 0,3А;  2 – 0,3А ≤ I_ПР.MAX  ≤ 10А. У стабилитронов определяет мощность рассеяния.

4 и 5 элементы – цифры, определяющие номер разработки, у стабилитронов напряжение стабилизации.

6 элемент – буква, показывающая деление технологического типа на параметрические группы (модификации диодов), у стабилитронов порядковый номер разработки.

Примеры характеристик выпрямительных диодов