Вольт-амперная характеристика диода

Свойства диода определяются его вольт-амперной характеристикой (ВАХ). Вольт-амперная характеристика диода показана на рис. 7. Приближенно она может быть описана уравнением:

I=I_O(e ^U/mjт –1),

где I_O – ток насыщения обратносмещенного перехода (обратный тепловой ток); U – напряжение на p-n переходе; j_т = kT/q –тепловой потенциал, равный контактной разности потенциалов j_к на границе p-n перехода при отсутсвии внешнего напряжения; k =1,38×10^-23 Дж/К– постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура; q =1,6×10^-19кулон –заряд электрона; m-поправочный коэффициент, учитывающий отклонение от теории. При комнатной температуре Т=300К, j_т = 0,026В.

На ВАХ различают две ветви: прямая ветвь, которая находится в первом квадрате и обратная ветвь в третьем квадрате. Уравнение (1) хорошо описывает характеристику реального диода в прямом направлении и для небольших токов, В соответствии с (1) сопротивление диода является нелинейным. В случае линейного сопротивления ВАХ была бы прямая линия.

На прямой ветви реальной ВАХ имеется резкий загиб, который характеризуется напряжением включения. Для германиевых диодов напряжение включения равно примерно 0,3В, для кремниевых – примерно 0,6В.

Значение обратного тока на обратной ветви примерно постоянно в широком диапазоне напряжения. При превышении определенного значения обратного напряжения, называемого напряжением пробоя U_проб, начинается лавинообразный процесс нарастания обратного тока, соответствующий электрическому пробою p-n перехода. Если в этот момент ток не ограничить, то электрический пробой перейдет в тепловой. Тепловой пробой обусловлен ростом числа носителей в p-n переходе. При этом мощность, выделяющаяся в диоде U_обрI_обр, не успевает отводиться от перехода, его температура растет, растет обратный ток и, следовательно, продолжает расти мощность. Тепловой пробой необратим, т.к. разрушает p-n переход.

У любого диода оговаривается несколько основных параметров:

- номинальный прямой ток;

- максимальное обратное напряжение;

- прямое падение напряжения;

- постоянный обратный ток;

- максимальный прямой ток (для него оговаривается режим работы, например, время проводимости).

Преобладают кремниевые диоды, так как имеют более высокую предельную рабочую температуру (150^оС против 75^оС для германиевых), допускают большую плотность прямого тока (60...80А/см² по сравнению с 20... 30А/см²), обладают меньшими обратными токами (примерно на порядок) и большими допустимыми обратными напряжениями (1500...2800В по сравнению с 600...800В). Однако кремниевые диоды имеют большее прямое падение напряжения. Прямое падение напряжения при прямом номинальном токе обозначается U_пр. U_пр=0,3...0,4В для германиевых диодов, U_пр=0,6...1,2В для кремниевых диодов.

Работоспособность диода определяется выделяемой на нем мощностью P=UI. U и I относятся к определенной точке ВАХ. Мощность определяет нагрев. Рабочий участок диода на ВАХ рис. 7 отмечен жирной линией. Если диод начинает работать на не рабочих участках ВАХ, он выходит из строя. На не рабочих участках мощность превышает допустимую, нагрев превышает допустимый. При нагреве, превышающем допустимый, диод разрушается.

Зависимость ВАХ от температуры показана на рис. 10.

При рассмотрении режимов работы схем с диодами их часто представляют в виде идеализированных приборов, которые являются идеальными проводниками в прямом направлении и идеальными изоляторами в обратном направлении. Идеализированная ВАХ представлена на рис. 9.

По назначению различают следующие типы диодов:

1. Выпрямительные.

2. Импульсные.

3. Высокочастотные.

4. Стабилитроны и стабисторы.

Диоды различают также по мощности и по частотным свойствам.