Полупроводниковые диоды.
Полупроводниковым диодом – называется п/п диод с одним P N переходом и двумя выводами.
Выпрямительные диоды являются плоскостными. Площадь перехода определяется расчетным значением выпрямленного тока.
На (рис ) приведены ВАХ германивого Д 7 В ( а ) и кремневого Д 208 ( б ) выпрямительных диодов малой мощности температуре комнатной и максимально допустимой температуре окружающей среды
Наиболее существенно отличаются обратные ветви приведенных характиристик это различие проявляется в характере зависимости как I обр от U обр от U обр , так и особенно сильно от температуры. Обратные ветви указанных характиристик отличаются также от характиристик идеального P N – перехода . Выясним причины этих различий. Рассматривая P N - переход при обратном включении мы считали I обр = I т , который не зависит от обратного напряжения следовательно ВАХ параллельно горизонтали оси. В реальном P N – переходе при U обр кроме I т протикает еще ток термогенерации и утечки ( Iу ).
Причины возникновения I т – образуется за счет наличия носителей заряда P и N обл.
Ток термогенерации возникновения носителей зарядов в самом P N – переходе. Внутри P N- перехода при комнатной температуре имеет место ионизации атомов , в результате которых образуется небольшое количество свободных электронов и дырок . В электрическом поле переход , дырки перебрасываются в P – область , электроны в N – область . Увеличивая I обр диода , с повышением U обр ширина PN – перехода возрастает и ток термогенерации возрастает.
Принцип работы диодов основан на принципе односторонней проводимости PN-перехода.
В зависимости от типа PN –перехода различают плоскостные и точечные диоды, по функциональному назначению , диоды подразделяются на : выпрямительные , инверсные , импульсные , детекторные , туннельные , стабилитроны , варикапы , фотодиоды , светодиоды и тд. Все диоды используют несимметричные PN- переходы.
Принцип работы и основные свойства выпрямительных диодов можно оценить с помощью ВАХ.
Известно , что исходным для диода является Ge и Si , различие этих диодов видно из ВАХ , следует помнить , что величина потенциального барьера
N ( Ge ) = 0,3 – 0,4 B
N ( Si ) = 0,7 – 0,8 B
Ток утечки ( I у ) протекает по поверхности кристалла под действием U обр и зависит от наличия молекулярных или ионных пленок , шунтирующих переход. С возрастанием U обр
I у возрастает . От температуры I у практически не зависит.
I обр = I т + I г + Iу
Т.к . I г , I у зависят от U обр суммарный ток зависит от приложенного к нему U обр. Соотношение между составляющей I у обр у Ge и Si диодов различно . У Ge диодов при комнатной температуре I т >> I г + I у характеристика I обр вначале имеет изгиб. При повышении температуры I обр сильно возрастает , при повышении температуры от 20 до 70 градусов I обр Ge возрастает в 30 раз . У Si диодов наоборот.
Относительно слабая зависимость I обр у Si диода объясняется тем , что часть обратного тока состав не зависящий от температуры ток утечки.
Из характеристик видно , что при комнатной температуре электрический пробой у германевого диода поступает при U обр = 150 В , у кремневого диода при U обр = 300 В .
C повышением температуры напряжение пробоя у германия уменьшается , у кремния напряжение возрастает следовательно кремневые диоды могут работать с большим обратным напряжением и с меньшим обратным током . Прямой ток при повышении также возрастает .
ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА .
R – небольшое суммарное сопротивление P N области .
R n – сопротивление PN перехода .
C n – емкость перехода .
При прямом включении R пр = U пр / I пр , выпрямительного диода малой мощности имеет порядок едениц – десятков Ом . При обратном включении R обр = U обр / I обр . Соотношение
R обр > > R пр , выпрямительный элемент . При первых положительных полуволновых синусоидальных напряжений U тр на вторичной обмотке трансформатора ( + св ) I пр протекающий через диод создает падение напряжения на нагрузке и зарядит конденсатор Uc = U н R пр мало. При отрицательных полуволнах U тр диод находится под
U обр = Uтр + Uп и ток через него протекает .В это время конденсатор частично разряжается на сопротивление нагрузки , поддерживая на нем напряжение близкое к Um тр. Конденсатор будет подзаряжаться в течении времени t1, t2… пока выполняется соотношение U тр > U н и диод находятся под прямым напряжением U пр = Uтр - Uн.
ПАРАМЕТРЫ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ ДИОДОВ.
1. Динамическое или дифференциальное сопротивление определяется по ВАХ
Ri = U2 – U1 / I2-I1
Ri пр как правило лежит в пределах от 5 – 20 Ом
Ri = ∆Uобр /∆Iобр
2. Статистическое сопротивление
R = Uпр / I пр
3. Коэффициент выпрямления К выпр = Iпр / Iобр = R обр /Rпр
Опр при U =+_ 1B.
4. Обратное максимально допустимое напряжение . Напряжение при котором еще не поступает электрический пробой .
Uобр мак = 0,8 U проб
5. Крутизна S = ∆ Iпр / ∆ Uпр = [ м А / В ] – показывает эффективность управления диодом мак.
6. Максимальная рассеивающая мощность
P max = t n max – t /R t k [Вт]
Токи протекающие через диод разогревают PN переход температура PN перехода растет соответственно растут токи Iпр и Iобр.
R tnk – сопротивление переход – корпус
R tk – сопротивление между корпусом и окружающей средой.
СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ.
1. Последовательное включение диодов оно возникает в том случае когда выпрямительное напряжение по своей амплитуде превышает максимально допустимое обратное напряжение.
Например : Uобр мак = 300 В
Uвыпр = 800 В
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
