Вольт-амперная характеристика диода
На ВАХ различают две ветви: прямая ветвь, которая находится в первом квадрате и обратная ветвь в третьем квадрате. Уравнение (2.1) хорошо описывает характеристику реального диода в прямом направлении и для небольших токов. В соответствии с (2.1) 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 0,3 В, для кремниевых – примерно 0,6 В.
Для диода оговаривается несколько основных параметров:
— максимальный прямой ток (для него оговаривается режим работы, например, время проводимости).
При рассмотрении режимов работы схем с диодами их представляют в виде идеализированных приборов, которые являются идеальными проводниками в прямом направлении и идеальными изоляторами в обратном направлении. Идеализированная ВАХ представлена на рис. 2.8, а зависимость ВАХ от температуры показана на рис. 2.9.
Диоды различают также по мощности и по частотным свойствам.
Выпрямительные диоды. Предназначены для работы при напряжениях частоты до нескольких кГц и при некрутых фронтах питающего напряжения. Не предназначены для прямоугольного питающего напряжения. Для выпрямительных диодов оговариваются два основных параметра:
1.Максимальный обратный ток Iобр.макс (от десятков нА до десятков мА).
3. Максимальная рабочая частота, до которой обеспечиваются заданные токи, напряжения и мощность.
Высокочастотные диоды. Для них оговариваются те же параметры (основные и второстепенные), но они могут работать при высокой частоте и обладают малым временем восстановления (по сравнению с выпрямительными). Для них приводится график прямого тока в зависимости от частоты. График представлен на рис. 2.11.
Импульсные диоды. Оговариваются те же основные параметры, что и для рассмотренных выше диодов, и приводится еще важный второстепенный параметр – импульсный ток за оговоренное время.
Стабилитроны и стабисторы. Рабочей частью ВАХ у стабилитронов является обратная ветвь. Прямая ветвь такая же, как у диодов, она также может использоваться.
ВАХ стабилитрона представлена на рис. 2.12. Для стабилитронов указывается два основных параметра:
Uст=3,3¸170В. Для Uст указывается разброс в процентах или в вольтах, а также изменение Uст при изменении температуры. У маломощных стабилитронов Iст.min=1¸3mА, Iст.max=30mA. Iст.н у мощных стабилитронов составляет несколько сот mA.
Стабисторы – это стабилитроны, у которых используется прямая ветвь ВАХ, т.е. это диод с большим падением напряжения, которое постоянно при изменении тока. ВАХ стабистора показана на рис. 2.13. Такая ВАХ создается технологически. Стабилитроны и стабисторы могут соединяться последовательно, но не параллельно. Они используются в стабилизаторах и ограничителях напряжения.
Вольт-амперная характеристика диода
Эксперимент
Оборудование, используемое в лабораторной работе: вритуальный лабораторный стенд, блок No 1 (схемы А1–А4); комбинированный прибор «Сура», мультиметры; соединительные провода.
Изучить схемы включения полупроводниковых приборов А1–А4 (рис. 1.3–1.6) для снятия вольт-амперных характеристик ВАХ диода и стабилитрона.
Ознакомиться с устройством лабораторного стенда, найти на стенде блок №1 и схемы А1–А4.
Порядок выполнения задания №1 «Исследование полупроводникового диода»
Экспериментальное получение прямой ветви ВАХ диода \(I_ = f(U_)\) с использованием схемы A1, представленной на рис. 1.3.
Экспериментальное получение обратной ветви ВАХ диода \(I_ = f(U_)\) с использованием схемы А2, представленной на рис. 1.4.
По ВАХ или таблицам определить:
- Статическое сопротивление диода в прямом включении \(R_=\frac>>\) при U пр = 0,4 В и U пр = 0,1 В.
- Динамическое сопротивление диода в прямом включении \(R_=\frac>>\) на начальном участке ВАХ ( U пр =0 В и U пр = 0,1 В ) и на участке насыщения ВАХ ( U пр = 0,4 В и U пр = 0,45 В ).
- Статическое сопротивление диода в обратном включении \(R_=\frac>>\) при U обр = 5 В и U обр = 25 В.
- Динамическое сопротивление диода в обратном включении \(R_=\frac>>\) на начальном участке ВАХ ( U пр =0 В и U пр = 5 В ) и на участке насыщения ВАХ ( U пр = 20 В и U пр = 25 В ).
Порядок выполнения задания No2 «Исследование полупроводникового стабилитрона»
Экспериментальное получение прямой ветви ВАХ стабилитрона \(I_ = f(U_)\) с использованием схемы A3, представленной на рис. 1.5.
Экспериментальное получение обратной ветви ВАХ стабилитрона \(I_ = f(U_)\) с использованием схемы А4, представленной на рис. 1.6.
Характеристики полупроводниковых диодов
Максимальная рассеиваемая мощность и обратное напряжение на диоде
При использовании полупроводниковых приборов следует соблюдать осторожность и не допускать слишком больших напряжений или токов, которые могли бы испортить прибор. В этой статье мы рассмотрим некоторые факторы, лимитирующие максимальные напряжение и ток на примере диода.
Полупроводниковый диод — один из самых важных и используемых электронных компонентов в электронике. Полупроводниковый диод является двухполюсником, содержащим один р—n переход.
Выводы диода называются «анод» и «катод» (эти названия заимствованы у вакуумных диодов). Если анод положителен по отношению к катоду, то на диод подано прямое смещение , при этом через диод протекает прямой ток. При обратном смещении катод более положителен, чем анод . О братный ток при этом ограничен малым током насыщения.
Полупроводниковые диоды, используемые в компьютерной плате 1970-х годов (внизу справа и слева от синего конденсатора)
Вольт-амперная характеристика германиевых и кремниевых диодов
Напряжение смещения Vd считается положительным на аноде и отрицательным на катоде. Таким образом, диод находится под прямым смещением, когда анод положительный, а катод отрицательный по отношению к аноду. В обратном случае говорят об обратной поляризации.
Ток, протекающий в диоде (Id), называется прямым, если он течет от анода к катоду (условное направление тока). Если диод смещен в обратном направлении, он не будет проводить ток, если напряжение не будет достаточно высоким, чтобы превысить напряжение пробоя.
Напряжение прямого смещения варьируется в зависимости от материала, используемого в конструкции, оно составляет 0,2 В для германия (VsdGe) и 0,6 В для кремния (VsdSi).
На приведенном выше графике, чтобы значения были удобочитаемыми, были приняты две разные шкалы: одна для первого квадранта декартовой плоскости, а другая — для третьего. Это связано с тем, что значение тока If обратной утечки чрезвычайно низкое, в то время как напряжение обратного пробоя VbSi и VbGe чрезвычайно велико.
Диоды по своему применению обычно классифицируются в зависимости от того, какие из трех областей характеристики диода используются. Так, например, для переключения и выпрямления используется как прямая, так и обратная ветви характеристики диода. При этом, чтобы избежать нежелательного эффекта пробоя, следует выбирать диод с достаточно большим напряжением пробоя.
В свою очередь, область обратного пробоя используется главным образом в источниках опорного напряжения. Диод в этом случае выбирается по величине обратного напряжения, при которой происходит пробой. Эффектом обратного пробоя можно пренебречь, за исключением тех случаев, в которых область обратного пробоя характеристики используется специально.
