+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Вольт-амперная характеристика диода (ВАХ). — КиберПедия

Вольт-амперная характеристика диодаэто графическая зависимость тока, проходящего через диод, от приложенного к нему напряжения при прямом и обратном включении. Вид вольт-амперной характеристики (сокращенно ВАХ) определяется в основном свойствами р – n-перехода. На рис. 8.4 показана вольт-амперная характеристика выпрямительного диода. При включении диода в прямом направлении ВАХ имеет круто восходящий участок (ток по закону Ома меняется пропорционально напряжению). Чем больше этот ток, тем больше нагревается диод, поэтому для каждого диода существует предельный ток, который может быть длительно пропущен через диод, не вызывая его перегрева выше допустимой температуры. Это значение прямого тока является номинальным токомдиода.

При включении диода в обратном, т.е. в непроводящем, направлении через него протекает малый обратный ток (единицы или десятки микроампер). Этот ток мало изменяется при возрастании обратного напряжения. Однако при достижении обратным напряжением некоторого значения Uпроб (напряжение пробоя

) обратный ток резко возрастает. В этом случае происходит электрический пробой диода и обычный диод выходит из строя (в р – n-переходе прожигается отверстие). Но у лавинных диодов ток пробоя проходит по всей площади р – n-перехода, поэтому они пробоя «не боятся» и после снижения обратного напряжения свои свойства восстанавливают.

Лавинные диоды, предназначенные работать при обратном включении и напряжении пробоя для стабилизации напряжения при изменении тока на определенном участке цепи, называются стабилитроны.

Прим. Маркировка диодов.

Маркировка полупроводниковых диодов, рассчитанных на сравнительно небольшие токи (до 10 А) состоит из шести буквенных и цифровых элементов:

· первый элемент обозначает исходный материал: К или 2 – кремний; Г или 1 – германий; А или 3 — арсенид галлия.

· второй буквенный элемент обозначает тип прибора: Д – диоды выпрямительные; А – сверхвысокочастотные диоды; В – варикапы; И – туннельные диоды; С – стабилитроны; Л — светодиоды.

· третий, четвертый, пятый элементы – цифры, характеризующие некоторые электрические параметры прибора, в частности мощность рассеяния.

· шестой элемент – буква (от А до Я), обозначающая последовательность разработки.

Полупроводниковые диоды, рассчитанные на токи от 10 А до 2000 А и более часто называют силовыми неуправляемыми вентилями и маркируют буквой В (вентиль), после которой проставляется число, указывающее значение прямого номинального тока. В качестве силовых, в основном используют кремниевые диоды, которые делятся на группы, классы и подклассы.



 

Вместо понятия напряжения пробоя Uпр. обычно используют понятие U

заг.( напряжение загиба ВАХ), так как напряжение пробоя всегда чуть больше напряжения загиба. Напряжение загиба – это максимальное напряжение цепи, которое выдерживает вентиль не пробиваясь. Класс диода (вентиля) определяют по значению допустимого напряжения отношением . Допустимое напряжение – это максимальное напряжение цепи, в которую может быть поставлен данный вентиль. Т.е. для определения класса вентиля в значении допустимого напряжения мысленно убирают две последние цифры, тогда оставшееся число показывает класс вентиля. Класс вентиля показывает количество сотен Вольт допустимого напряжения.

Допустимое напряжение принимается для обычных диодов равным половине напряжения загиба, а для лавинных диодов 0.7 Uзаг.

Пример. Если напряжение загиба обычного вентиля составляет 850 В, то допустимое напряжение – 425В, т.е. класс вентиля – 4.

Прим. по назначению диоды разделяются на следующие:

· выпрямительные диоды (как разновидность выпрямительных – силовые), которые предназначены для выпрямления переменного тока низкой частоты (рис. 8.3, а). В качестве выпрямительных диодов используют плоскостные диоды, допускающие большие выпрямительные токи;

· высокочастотные диоды, предназначенные для выпрямления переменного тока в широком диапазоне частот, а также для детектирования. В качестве высокочастотных диодов применяют диоды точечной конструкции;

· импульсные диоды, которые применяют в схемах генерирования и усиления импульсов микросекундного и наносекундного диапазонов;

· туннельные диоды (рис. 8.3, в), применяемые в качестве усилителей и генераторов высокочастотных колебаний;



· светодиоды (рис. 8.3, е), которые используют в качестве световой индикации наличия тока и которые имеют разные цвета свечения;

· стабилитроны (рис. 8.3, б), предназначенные для стабилизации уровня напряжения при изменениях значения протекающего через них тока;

· варикапы (рис. 8.3, г) – полупроводниковые диоды, емкость которых можно изменять в широких пределах;

· фотодиоды (рис. 8.3, д), которые являются источниками тока, преобразующими световую энергию в электрическую, причем сила тока пропорциональна освещенности фотодиода.

Транзисторы

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода

Что такое идеальный диод?

Основная задача обычного выпрямительного диода – проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном

. Следовательно, идеальный диод должен быть очень хорошим проводником с нулевым сопротивлением при прямом подключении напряжения (плюс — к аноду, минус — к катоду), и абсолютным изолятором с бесконечным сопротивлением при обратном.

Вот так это выглядит на графике:

Такая модель диода используется в случаях, когда важна только логическая функция прибора. Например, в цифровой электронике.

ВАХ реального полупроводникового диода

Однако на практике, в силу своей полупроводниковой структуры, настоящий диод обладает рядом недостатков и ограничений по сравнению с идеальным диодом. Это можно увидеть на графике, приведенном ниже.

Vϒ(гамма) — напряжение порога проводимости

При прямом включении напряжение на диоде должно достигнуть определенного порогового значения — Vϒ. Это напряжение, при котором PN-переход в полупроводнике открывается достаточно, чтобы диод начал хорошо проводить ток. До того как напряжение между анодом и катодом достигнет этого значения, диод является очень плохим проводником. V

ϒ у кремниевых приборов примерно 0.7V, у германиевых – около 0.3V.

ID_MAX — максимальный ток через диод при прямом включении

При прямом включении полупроводниковый диод способен выдержать ограниченную силу тока ID_MAX. Когда ток через прибор превышает этот предел, диод перегревается. В результате разрушается кристаллическая структура полупроводника, и прибор становится непригодным. Величина данной силы тока сильно колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

IOP – обратный ток утечки

При обратном включении диод не является абсолютным изолятором и имеет конечное сопротивление, хоть и очень высокое. Это служит причиной образования тока утечки или обратного тока I

OP. Ток утечки у германиевых приборов достигает до 200 µА, у кремниевых до нескольких десятков nА. Самые последние высококачественные кремниевые диоды с предельно низким обратным током имеют этот показатель около 0.5 nA.

PIV(Peak Inverse Voltage) — Напряжение пробоя

При обратном включении диод способен выдерживать ограниченное напряжение – напряжение пробоя PIV. Если внешняя разность потенциалов превышает это значение, диод резко понижает свое сопротивление и превращается в проводник. Такой эффект нежелательный, так как диод должен быть хорошим проводником только при прямом включении. Величина напряжения пробоя колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

Паразитическая емкость PN-перехода

Даже если на диод подать напряжение значительно выше Vϒ, он не начнет мгновенно проводить ток. Причиной этому является паразитическая емкость PN перехода, на наполнение которой требуется определенное время. Это сказывается на частотных характеристиках прибора.

Приближенные модели диодов

В большинстве случаев, для расчетов в электронных схемах, не используют точную модель диода со всеми его характеристиками. Нелинейность этой функции слишком усложняет задачу. Предпочитают использовать, так называемые, приближенные модели.

Приближенная модель диода «идеальный диод + Vϒ»

Самой простой и часто используемой является приближенная модель первого уровня. Она состоит из идеального диода и, добавленного к нему, напряжения порога проводимости V

ϒ.

Приближенная модель диода «идеальный диод + Vϒ + rD»

Иногда используют чуть более сложную и точную приближенную модель второго уровня. В этом случае добавляют к модели первого уровня внутреннее сопротивление диода, преобразовав его функцию из экспоненты в линейную.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) | Практическая электроника

Что такое вольт-амперная характеристика (ВАХ)

ВАХ – это вольт-амперная характеристика, а если точнее, зависимость тока от напряжения в каком-либо радиоэлементе. Это может быть резистор, диод, транзистор и другие радиоэлементы. Так как транзистор имеет более двух выводов, то он имеет множество ВАХ.

Думаю, не все, кто читает эту статью, хорошо учились в школе. Поэтому, давайте разберемся, что представляет из себя зависимость одной величины от другой. Как вы помните из школы, мы строили графики зависимости игрек (У) от икс (Х). Та переменная, которая

зависит от другой переменной, мы откладывали по вертикали, а та, которая независима – по горизонтали. В результате у нас получалась система отображения зависимости “У” от “Х”:

Вольт-амперная характеристика (ВАХ)

Так вот, мои дорогие читатели,  в электронике, чтобы описать зависимость тока от напряжения, вместо “У”  у нас будет сила тока, а вместо Х – напряжение.  И система отображения у нас примет вот такой вид:

зависимость тока от напряжения

Именно в такой системе координат мы будет чертить вольт-амперную характеристику. И начнем с самого распространенного радиоэлемента – резистора.

ВАХ резистора

Для того, чтобы начертить этот график, нам потребуется пропускать через резистор напряжение и смотреть соответствующее значение силы тока тока. С помощью крутилки я добавляю напряжение и записываю значения силы тока для каждого значения напряжения. Для этого берем блок питания,  резистор и начинаем  делать замеры:

Вот у нас появилась первая точка на графике. U=0,I=0.

Вторая точка: U=2.6, I=0.01

Третья точка: U=4.4, I=0.02

 

Четвертая точка: U=6.2, I=0.03

Пятая точка: U=7.9, I=0.04

Шестая точка: U=9.6, I=0.05

Седьмая точка: U=11.3, I=0.06

 

Восьмая точка: U=13, I=0.07

Девятая точка: U=14.7, I=0.08

 

Давайте построим график по этим точкам:

Да у нас получилась почти прямая линия! То, что она чуть кривая, связана с погрешностью измерений и  погрешностью самого прибора. Следовательно, так как у  нас получилась прямая линия, то значит такие элементы, как резисторы называются элементами с линейной  ВАХ.

ВАХ диода

Как вы знаете, диод пропускает электрический ток только в одном направлении. Это свойство диода мы используем в диодных мостах, а также для проверки диода мультиметром.      Давайте  построим ВАХ для диода.  Берем блок питания, цепляем его к диоду (плюс на анод, минус на катод) и начинаем точно также делать замеры.

Первая точка: U=0,I=0.

Вторая точка: U=0.4, I=0.

Третья точка: U=0.6, I=0.01

 

Четвертая точка: U=0.7, I=0.03

Пятая точка: U=0.8,I=0.06

Шестая точка: U=0.9, I=0.13

 

Седьмая точка: U=1, I=0.37

 

 Строим график по полученным значениям:

Ничего себе загибулина :-). Вот это и есть вольт-амперная характеристика диода. На графике мы не видим прямую линию, поэтому такая вольт-амперная характеристика называется НЕлинейной. Для кремниевых диодов она начинается со значения 0,5-0,7 Вольт. Для германиевых диодов ВАХ начинается со значения 0,3-0,4 Вольт.

ВАХ стабилитрона

Стабилитроны  работают в режиме лавинного пробоя. Выглядят они  также, как и диоды.

Мы подключаем стабилитрон как диод в обратном направлении: на анод минус, а на катод – плюс. В результате, напряжение на стабилитроне остается  почти таким же, а сила тока может меняться в зависимости от  подключаемой нагрузки на стабилитроне. Как говорят электронщики, мы используем  в стабилитроне обратную ветвь ВАХ.

вах стабилитрона

принцип действия и основные параметры

Выпрямительный диод это прибор проводящий ток только в одну сторону. В основе его конструкции один p-n переход и два вывода. Такой диод изменяет ток переменный на постоянный. Помимо этого, их повсеместно практикуют в электросхемах умножения напряжения, цепях, где отсутствуют жесткие требования к параметрам сигнала по времени и частоте.

Принцип работы

Принцип работы этого устройства основывается на особенностях p-n перехода. Возле переходов двух полупроводников расположен слой, в котором отсутствуют носители заряда. Это запирающий слой. Его сопротивление велико.

При воздействии на слой определенного внешнего переменного напряжения, толщина его становится меньше, а впоследствии и вообще исчезнет. Возрастающий при этом ток называют прямым. Он проходит от анода к катоду. Если внешнее переменное напряжение будет иметь другую полярность, то запирающий слой будет больше, сопротивление возрастет.

Разновидности устройств, их обозначение

По конструкции различают приборы двух видов: точечные и плоскостные. В промышленности наиболее распространены кремниевые (обозначение — Si) и германиевые (обозначение — Ge). У первых рабочая температура выше. Преимущество вторых — малое падение напряжения при прямом токе.

Принцип обозначений диодов – это буквенно-цифровой код:

  • Первый элемент – обозначение материала из которого он выполнен,
  • Второй определяет подкласс,
  • Третий обозначает рабочие возможности,
  • Четвертый является порядковым номером разработки,
  • Пятый – обозначение разбраковки по параметрам.

Вольт-амперная характеристика

Вольт-амперную характеристику (ВАХ) выпрямительного диода можно представить графически. Из графика видно, что ВАХ устройства нелинейная.

В начальном квадранте Вольт-амперной характеристики ее прямая ветвь отражает наибольшую проводимость устройства, когда к нему приложена прямая разность потенциалов. Обратная ветвь (третий квадрант) ВАХ отражает ситуацию низкой проводимости. Это происходит при обратной разности потенциалов.

Реальные Вольт-амперные характеристики подвластны температуре. С повышением температуры прямая разность потенциалов уменьшается.

Вольт-амперная характеристика

Из графика Вольт-амперной характеристики следует, что при низкой проводимости ток через устройство не проходит. Однако при определенной величине обратного напряжения происходит лавинный пробой.

Изменение ВАХ в зависимости от температуры

ВАХ кремниевых устройств отличается от германиевых. ВАХ приведены в зависимости от различных температур окружающей среды. Обратный ток кремниевых приборов намного меньше аналогичного параметра германиевых. Из графиков ВАХ следует, что она возрастает с увеличением температуры.

Важнейшим свойством является резкая асимметрия ВАХ. При прямом смещении – высокая проводимость, при обратном – низкая. Именно это свойство используется в выпрямительных приборах.

Коэффициент выпрямления

Анализируя приборные характеристики, следует отметить: учитываются такие величины, как коэффициент выпрямления, сопротивление, емкость устройства. Это дифференциальные параметры.

Он отражает качество выпрямителя.

Коэффициент выпрямления

Его можно рассчитать: он будет равен отношению прямого тока прибора к обратному. Такой расчет приемлем для идеального устройства. Значение коэффициента выпрямления может достигать нескольких сотен тысяч. Чем он больше, тем лучше выпрямитель делает свою работу.

Основные параметры устройств

Какие же параметры характеризуют приборы? Основные параметры выпрямительных диодов:

  • Наибольшее значение среднего прямого тока,
  • Наибольшее допустимое значение обратного напряжения,
  • Максимально допустимая частота разности потенциалов при заданном прямом токе.

Исходя из максимального значения прямого тока, выпрямительные диоды разделяют на:

  • Приборы малой мощности. У них значение прямого тока до 300 мА,
  • Выпрямительные диоды средней мощности. Диапазон изменения прямого тока от 300 мА до 10 А,
  • Силовые (большой мощности). Значение более 10 А.

Существуют силовые устройства, зависящие от формы, материала, типа монтажа. Наиболее распространенные из них:

  • Силовые приборы средней мощности. Их технические параметры позволяют работать с напряжением до 1,3 килоВольт,
  • Силовые, большой мощности, могущие пропускать ток до 400 А. Это высоковольтные устройства. Существуют разные корпуса исполнения силовых диодов. Наиболее распространены штыревой и таблеточный вид.

Выпрямительные схемы

Схемы включения силовых устройств бывают различными. Для выпрямления сетевого напряжения они делятся на однофазные и многофазные, однополупериодные и двухполупериодные. Большинство из них однофазные. Ниже представлена конструкция такого однополупериодного выпрямителя и двух графиков напряжения на временной диаграмме.

Конструкция однополупериодного выпрямителя и двух графиков напряжения на временной диаграмме

Переменное напряжение U1 подается на вход (рис. а). Справа на графике оно представлено синусоидой. Состояние диода открытое. Через нагрузку Rн протекает ток. При отрицательном полупериоде диод закрыт. Поэтому к нагрузке подводится только положительная разность потенциалов. На рис. в отражена его временная зависимость. Эта разность потенциалов действует в течение одного полупериода. Отсюда происходит название схемы.

Самая простая двухполупериодная схема состоит из двух однополупериодных. Для такой конструкции выпрямления достаточно двух диодов и одного резистора.

Самая простая двухполупериодная схема из двух однополупериодных

Диоды пропускают только положительную волну переменного тока. Недостатком конструкции является то, что в полупериод переменная разность потенциалов снимается лишь с половины вторичной обмотки трансформатора.

Если в конструкции вместо двух диодов применить четыре коэффициент полезного действия повысится.

Выпрямители широко используются в различных сферах промышленности. Трехфазный прибор задействован в автомобильных генераторах. А применение изобретенного генератора переменного тока способствовало уменьшению размеров этого устройства. Помимо этого, увеличилась его надежность.

В высоковольтных устройствах широко применяют высоковольтные столбы, которые скомпонованы из диодов. Соединены они последовательно.

Импульсные приборы

Импульсным называют прибор, у которого время перехода из одного состояния в другое мало. Они применяются для работы в импульсных схемах. От своих выпрямительных аналогов такие приборы отличаются малыми емкостями p-n переходов.

Для приборов подобного класса, кроме параметров, указанных выше, следует отнести следующие:

  • Максимальные импульсные прямые (обратные) напряжения, токи,
  • Период установки прямого напряжения,
  • Период восстановления обратного сопротивления прибора.

В быстродействующих импульсных схемах широко применяют диоды Шотки.

Импортные приборы

Отечественная промышленность производит достаточное количество приборов. Однако сегодня наиболее востребованы импортные. Они считаются более качественными.

Импортные устройства широко используются в схемах телевизоров и радиоприемников. Их также применяют для защиты различных приборов при неправильном подключении (неправильная полярность). Количество видов импортных диодов разнообразно. Полноценной альтернативной замены их на отечественные пока не существует.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода — Студопедия

Uэл.проб. = 10 ÷1000 В – напряжение электрического пробоя.

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

Ia и Ua – 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.

Тепловой пробой — необратим.

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

Вольт-амперная характеристика идеального диода (вентиля)

Основные параметры полупроводниковых приборов

1. Максимально допустимый средний за период прямой ток (IПР. 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 (IПР.СР < 0,3 А)

2) Диоды средней мощности (0,3 ПР.СР

3) Диоды большой мощности (IПР.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 (Uпр.)

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)


Uпр. Ge ≈ 0.3÷0.5 В (Германиевые) Uпр. Si ≈ 0.5÷1 В (Кремниевые)

Германиевые диоды обозначают – ГД (1Д) Кремниевые диоды обозначают – КД (2Д)

3. Повторяющееся импульсное обратное максимальное напряжение (Uобр. max)

Электрический пробой идет по амплитудному значению (импульсу) Uобр. max ≈ 0.7UЭл. пробоя (10÷100 В)

Для мощных диодов Uобр. max= 1200 В.

Этот параметр иногда называют классом диода (12 класс -Uобр. max= 1200 В)

4. Максимальный обратный ток диода (Imax ..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.

1. Iпр max ↑ ≤30 А

2. Uпр max ↓ ≤1.2 В

3. Uобр max ≤1600

4. Iобр max <100мА

Падение напряжения на отдельном диоде зависит от величины прямого тока и температуры и применяется в диапазоне для германиевых диодов, и для кремниевых .

Обратный ток , протекающий через диод, сильно зависит от температуры, и при некотором значении приближается к некоторому постоянному значению (с увеличением температуры происходит увеличение обратного тока).

Предельное значение температуры для германиевых диодов составляет ; кремниевых диодов .

В электрических схемах диоды включаются в цепь в прямом направлении. Е – напряжение источника питания. В практических схемах в цепь диода всегда включается какая-либо нагрузка, например, резистор. Такой режим работы диода называется рабочим. Его расчет производится по известным значениям и ВАХ диода. Расчет производится по формуле .

В формуле две неизвестных . Решение производится графически. На ВАХ диода накладывается прямая нагрузка, которая строится по 2-м точкам на осях координат при:

, т. А на рисунке.

, что соответствует т. Б.

Через эти точки проводим прямую, которая и является линией нагрузки. Координаты т. Т определяют рабочий режим диода.

Рабочий режим характеризуется следующими параметрами: — максимально допустимая мощность, рассеиваемая диодом; температурные параметры.

Рассмотрим группу полупроводниковых диодов, особенность работы которых связана с использованием нелинейных свойств p-n-перехода.

Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного напряжения низкой частоты ( ) в постоянное. Они подразделяются на диоды

  • малой ,
  • средней
  • большой мощности.

Основными параметрами, характеризующими выпрямительные диоды, являются:

  • Обратный ток при некотором значении обратного напряжения;
  • Максимальным током в прямом направлении;
  • Падение напряжения на диоде при некотором значении прямого тока через диод;
  • Барьерная емкость диода при подаче на него обратного напряжения некоторой величины;
  • Диапазон частот, в котором возможна работа диода без существенного снижения выпрямленного тока;
  • Рабочий диапазон температур.

В рабочем режиме через диод протекает ток, и в его электрическом переходе выделяется мощность, вследствие чего температура перехода повышается. В установившемся режиме подводимая к переходу мощность и отводимая от него должны быть равны и не превышать максимально допустимой мощности , рассеиваемой диодом, т.е . . В противном случае наступает тепловой пробой диода.

Качество теплоотвода в диоде характеризуется параметром эксплуатационного режима – тепловым сопротивлением под которым подразумевается отношение разности температур электрического перехода и корпуса диода к мощности рассеиваемой на диоде установившемся режиме. Уменьшение позволяет при заданном значении увеличивать рабочую температуру перехода или при известном перепаде температур повышать прямые и обратные токи и напряжения диода. Это достигается применением специальных теплоотводов-радиаторов.

Для выпрямления высоких обратных напряжений применяются выпрямительные столбы, в которых диоды включаются последовательно.

Последовательное соединение диодов используется, если максимально допустимое обратное напряжение одного диода меньше напряжения, которое нужно выпрямить.

, где — число диодов; , — действующее значение; — коэффициент нагрузки.

, где 1.1 –коэффициент, учитывающий 10% разброс значений сопротивления по напряжению .

Из-за разброса этого параметра с тем, чтобы обратное напряжение более равномерно распределялось между диодами, диоды шунтируются резисторами с одинаковыми значениями сопротивлений, каждое из которых значительно наименьшего из обратных сопротивлений диодов, но достаточно большим, чтобы не вызвать рост обратного тока. Обычно это значение выбирается в пределах от нескольких десятков до сотен кОМ.

Например, Uн = 624В, а диод имеет следующие справочные данные: Uобр max = 400В, Iобр max = 5μА. Это параметры, которым должны удовлетворять все диоды данного типа, то есть наихудшие. Более качественный диод данного типа вполне может иметь меньший обратный ток (например, 1μА). Рассчитаем величину обратных соединений диодов:

R1 обр = 80МОм

R2 обр = 400Мом, при этом U1 обр = 104В, U2 обр = 520В> Uобр max, то есть второго, лучший диод выходит из строя.

Рассчитав по формуле = 8МОм и включив параллельно каждому из диодов резисторы, рассчитанного сопротивления, получим R\обр = 727Мом, при U\1 обр = 301В, U\2 обр = 323В< Uобр max.

Иногда в электрических схемах применяют параллельное соединение диодов для получения прямого тока, значение которого больше предельного значения тока одного диода.

Из-за разброса ВАХ диоды по току получают различную нагрузку. Поэтому для выравнивания значений токов, протекающих через них, применяют уравнительные добавочные резисторы, на которые падает излишнее напряжение. Практически параллельное соединение более 3-х диодов не применяется.

, где — среднее падение напряжения на диоде с прямым включением; Необходим ток для компенсации напряжения на втором диоде.

Например, есть диоды со следующими данными, взятыми из справочника.

Рассчитываем

Для другого, лучшего диода этого типа (на переходе падает 0,6В и 0,07 на p и n областях), а значит.

Получаем: и лучший диод выходит из строя.

и получаем . При этом

Используется редко из-за большой потери мощности и относительно невысокого КПД.

Включение выпрямительных диодов в схемах выпрямителей. Диоды в схемах выпрямителей включаются по одно- и двухполупериодной схемам. Если взять один диод, то ток в нагрузке будет протекать за одну половину периода, поэтому такой выпрямитель называется однополупериодным. Его недостаток – малый КПД.

Значительно чаще применяются двухполупериодные выпрямители.

Стабилитроны – полупроводниковые диоды, работающие на обратной ветви ВАХ в области, где изменение напряжения электрического пробоя слабо зависит от значения обратного тока и применяется для стабилизации напряжения.

Односторонний стабилитрон

Двусторонний стабилитрон

Основными параметрами стабилитронов являются:

Uст — напряжение стабилизации при номинальном значении тока;

Iст min — минимальный ток стабилизации, при котором возникает устойчивый пробой;

Iст max максимальный ток стабилизации, при котором мощность, рассеиваемая на стабилитроне, не превышает допустимого значения;

Rст — дифференциальное сопротивление, характеризующее изменение напряжения стабилизации при изменении тока: Rст =DU/DI

ВАХ стабилитрона ВАХ стабилитрона

При рассмотрении ВАХ стабилитрона видно, что в области электрического пробоя имеется участок, который может быть использован для стабилизации напряжения. Такой участок у кремниевых плоскостных диодов соответствует изменениям обратного тока в широких пределах. При этом до наступления пробоя обратный ток очень мал, а в режиме пробоя, в данном случае в режиме стабилизации, он становится такого же порядка, как и прямой ток. Стабилитроны изготавливаются исключительно из кремния, их также еще называют опорными диодами, т. к. в ряде случаев получаемое от них стабильное напряжение используется в качестве опорного. При обратном токе напряжение стабилизации меняется незначительно. Стабилитрон работает при обратном напряжении.

Принцип работы поясняет схема параметрического стабилизатора напряжения. Нагрузка включена параллельно стабилитрону, поэтому в режиме стабилизации, когда напряжение на стабилитроне постоянно, такое же напряжение будет и на нагрузке. Все изменение входного напряжения будет поглощаться резистором Rогр, которое еще называют балластным. Сопротивление этого резистора должно быть определенного значения и его обычно рассчитывают для средней точки. Если входное напряжение будет изменяться, то будет изменяться ток стабилитрона, но напряжение на нем, следовательно, и на нагрузке, будет оставаться постоянным.

При напряжениях меньше 7В имеет место полевой (туннельный) пробой, больше 15В — лавинный пробой, от 7 до 15В — смешанный пробой. Пробои в стабилитронах обратимы.

В схемах со стабилитроном должен быть ограничивающий резистор.

Динамическое сопротивление, определяющее качество стабилитрона: (чем меньше, тем лучше)

Статическое сопротивление:

Коэффициент качества: =0,01 – 0,05

Температурный коэффициент напряжения: ТКН = (0,2 – 0,4%)/°С

Недостаток стабилитрона: при малых токах стабилизации

Стабисторы — это полупроводниковые диоды, аналоги стабилитронов, но в отличие от последних у стабисторов используется не обратное напряжение, а прямое. Значение этого напряжение мало зависит от тока в некоторых пределах. Напряжение стабилизации стабисторов обычно не более 2 вольт, чаще всего 0,7 В при токе до нескольких десятков мА. Особенность стабисторов — отрицательный температурный коэффициент напряжения, т. е. напряжение стабилизации с повышением температуры уменьшается. Поэтому стабисторы применяют также в качестве термокомпенсирующих элементов, соединяя их с обычными стабилитронами, имеющими положительный ТКН при условии непревышения тока самого слаботочного из них

Напряжения при этом складываются. Согласное параллельное включение не используется. Встречное параллельное и последовательное включение позволяет получить при необходимости разные уровни ограничиваемого напряжения для разных полярностей переменного тока, протекающего через нагрузку.

Варикапы — п/п нелинейный управляемый конденсатор, сконструированный таким образом, чтобы потери в диапазоне рабочих частот были минимальными. В варикапах используется свойство p – n перехода изменять свою барьерную емкость под действием внешнего запирающего нарпяжения. Диффузионная ёмкость в связи с её зависимостью от температуры и частоты, а главное с тем, что она шунтирована низким сопротивлением прямосмещённого р-n перехода использовать не представляет возможным. Барьерная ёмкость при обратном смещении р-n перехода широко используется. В качестве варикапов можно использовать стабилитроны с напряжением ниже напряжения стабилизации, когда обратный ток еще очень мал, а обратное сопротивление очень велико.

Добротность:

Применяют в электронных устройствах для настройки частоты параллельных колебательных контуров, в избирательных усилителях и генераторах (например, с целью выбора телевизионных и радиопрограмм).

Тоннельные диоды – диоды, в основе которых использован туннельный эффект. Любой двухполюсник, имеющий на ВАХ участок отрицательного дифференциального сопротивления, может использоваться как усилитель или генератор, но не оправдали надежд, так как подвержены временной деградации.

Тоннельный эффект. Тоннельный эффект (открыт в 1958 году в Японии) проявляется на p-n переходе в вырожденных полупроводниках.

Вырожденный полупроводник – это полупроводник с очень высокой концентрацией донорной или акцепторной примеси. (Концентрация – 1024 атомов примеси на 1 куб. см. полупроводника).

В вырожденных полупроводниках очень тонкий p-n переход: его ширина составляет сотые доли микрона, а напряжённость внутреннего поля p-n перехода составляет Ep-n ≈ 108 B/м, что обеспечивает очень высокий потенциальный барьер. Основные носители заряда не могут преодолеть этот потенциальный барьер, но за счёт малой его ширины как бы механически пробивают в нём тоннели, через которые проходят другие носители зарядов. Следовательно, свойство односторонней проводимости на p-n переходе при тоннельном эффекте отсутствует, а ток через p-n переход будет иметь три составляющие:

I = Iт.пр. – Iт.обр. + Iпр., где Iт.пр. – прямой тоннельный ток, за счёт прохождения зарядов через тоннели при прямом включении;

Iт.обр. – обратный тоннельный ток, тот же самый, что и прямой, но при обратном включении;

Iпр. – прямой ток проводимости. Вызван носителями заряда, преодолевающими потенциальный барьер при относительно высоком прямом напряжении.

Вольтамперная характеристика p-n перехода при тоннельном эффекте будет иметь вид, изображённый на рисунке .

На участке АВ прямой тоннельный ток уменьшается за счёт снижения потенциального барьера и в точке В он становится равным нулю, а ток проводимости незначительно возрастает. За счёт этого общий ток на участке АВ уменьшается. Особенностью тоннельного эффекта является то, что на участке АВ характеристики имеет место отрицательное динамическое сопротивление:

Тоннельный эффект применяется в тоннельных диодах, которые используются в схемах генераторов гармонических колебаний и как маломощные бесконтактные переключающие устройства.

Обращенные диоды – разновидность туннельных, не имеющие на ВАХ участки отрицательного дифференциального сопротивления, используются для выпрямления малых сигналов (за счет большой крутизны обратной диодной характеристики).

Диод Шоттки – диод, полученный путём металлизации p-проводника. У него отсутствует Сдиф, что позволяет увеличить быстродействие диода на порядок, имеет малое прямое напряжение
(Uпр < 0,3В), но имеет большие обратные токи (сотни мА) и малое пробивное напряжение (<200В).

Образование перехода Шоттки.

Переход Шоттки возникает на границе раздела металла и полупроводника n-типа, причём металл должен иметь работу выхода электрона большую, чем полупроводник.

При контакте двух материалов с разной работой выхода электронов электрон проходит из материала с меньшей работой выхода в материал с большей работой выхода, и ни при каких условиях — наоборот. Электроны из приграничного слоя полупроводника переходят в металл, а на их месте остаются некомпенсированные положительные заряды ионов донорной примеси.

В металле большое количество свободных электронов, и, следовательно, на границе металл полупроводник возникает электрическое поле и потенциальный барьер. Возникшее поле будет тормозящим для электронов полупроводника и будет отбрасывать их от границы раздела. Граница раздела металла и полупроводника со слоем положительных зарядов ионов донорной примеси называется переходом Шоттки (открыт в 1934 году).

Прямое и обратное включение диодов Шоттки.

Если приложить внешнее напряжение плюсом на металл, а минусом на полупроводник, возникает внешнее электрическое поле, направленное навстречу полю перехода Шоттки. Это внешнее поле компенсирует поле перехода Шоттки и будет являться ускоряющим для электронов полупроводника. Электроны будут переходить из полупроводника в металл, образуя сравнительно большой прямой ток. Такое включение называется прямым. При подаче минуса на металл, а плюса на полупроводник возникает внешнее электрическое поле, сонаправленное с полем перехода Шоттки. Оба этих поля будут тормозящими для электронов полупроводника, и будут отбрасывать их от границы раздела. Оба этих поля будут ускоряющими для электронов металла, но они через границу раздела не пройдут, так как у металла больше работа выхода электрона. Такое включение перехода Шоттки называется обратным.

Обратный ток через переход Шоттки будет полностью отсутствовать, так как в металле не существует неосновных носителей зарядов.

Достоинства перехода Шоттки:

— отсутствие обратного тока;

— переход Шоттки может работать на СВЧ;

— высокое быстродействие при переключении из прямого состояния в обратное и наоборот.

Недостаток – стоимость. В качестве металла обычно применяют золото.

В качестве генераторных и усилительных диодов на СВЧ могут так же использоваться лавинно-пролетные диоды и диоды Гана, которые в последнее время были вытеснены арсенид галлиевыми СВЧ полевыми транзисторами за счет их лучших шумовых и усилительных характеристик.

Эффект Гана проявляется в полупроводниках n-типа проводимости в сильных электрически полях.

Участок ОА – линейный участок, на котором соблюдается закон Ома. Участок АВ – при сравнительно больших напряжённостях электрического поля уменьшается подвижность электронов (показывает, как легко электроны проходят сквозь кристаллическую решётку проводника) за счёт увеличения амплитуд колебания атомов в узлах кристаллической решётки. И за счёт этого рост тока замедляется. Участок ВС – сильное уменьшение подвижности электронов, что приводит к уменьшению тока. Участок CD – при очень больших напряжённостях значительно увеличивается генерация носителей зарядов и, хотя подвижность электронов уменьшается, ток возрастает за счёт увеличения количества зарядов. Сущность эффекта Гана состоит в том, что если в полупроводнике создать напряжённость электрического поля, большую Екр, но меньшую Епор, т. е. на участке ВС характеристики, то в полупроводнике возникнут электрические колебания сверхвысокой частоты (СВЧ).

Эффект Гана применяется в диодах Гана, которые используются как маломощные генераторы СВЧ.

Беспереходные полупроводниковые приборы. Терморезисторы (термисторы, позисторы, терморезисторы с косвенным подогревом), варисторы, тензорезисторы, магниторезисторы, датчик Холла, основные характеристики. Области их применения

Полупроводниковым резистором называется полупроводниковый прибор с двумя выводами, в котором используется зависимость электрического сопротивления проводника от напряжения, температуры, освещенности и других управляющих параметров.

Терморезисторы – полупроводниковые приборы, в которых используется R = f(T). При нагревании сопротивление уменьшается.

ТКС характеризует изменение параметров (сопротивления), в процентах.

Термистор – терморезистор с отрицательным ТКС — выполняют функцию защиты выпрямительных импульсных блоков питания от больших зарядных токов конденсаторов, фильтров при включении.

Позистор – терморезистор с положительным ТКС – используются для уменьшения тока через петлю размагничивания кинескопов мониторов и телевизоров через несколько секунд после включения.

ММТ – медно-марганцевые

КМТ – кобальто-марганцевые

У КМТ температурный коэффициент в 2 раза выше, чем у ММТ

Терморезисторы используются так же для измерения температуры, для поддержания температуры в заданных пределах, в системах автоматической регулировки усиления; терморезисторы с косвенным подогревом используются для гальванической развязки двух цепей в системах автоматизации и управления.

Гальваническая развязка необходима в трансформаторах для передачи постоянного напряжения

Здесь терморезистор используется для ограничения тока заряда конденсатора.

Варистор – п/п резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения. Используется для защиты входных и выходных цепей электронных устройств, а так же ЛЭП от кратковременных всплесков напряжения. В отличие от стабилитронов рассеивает в своем объеме большую импульсную мощность (в стабилитроне – только в узкой области p-n-перехода).

1. У стабилитрона рассеивание мощности происходит в области p-n –перехода, а у варистора оно происходит а объёме, поэтому он допускает гораздо большие мощности. Это используется для ограничения импульсных выбросов напряжения в силовых и телефонных сетях.

2. Варистор выходит из строя таким образом, что его сопротивление будет равным нулю, а при выходе из строя стабилитрона он обугливается, следовательно, происходит выход из строя следующего элемента, т.о. варистор приводит к короткому замыканию, а это значит, что выходит из строя только предохранитель.

Тензорезистор — п/п резистор, сопротивление которого зависит от механической деформации. Бывают проволочные, фольговые, полупроводниковые. При механической деформации появляются дополнительные энергетические уровни в запрещенной зоне и уменьшается сопротивление п/п.

Недостаток: низкая температурная и стабильность.

Достоинства: высокая чувствительность.

Используются для измерения деформаций, сил, моментов сил с учётом направления; для измерения массы.

Полупроводниковый диод. ВАХ специальных диодов. — Help for engineer

Полупроводниковый диод. ВАХ специальных диодов.

Существует три вида диодов:

— газонаполненные;

— электровакуумные;

— полупроводниковые диоды, про которые и будет идти речь дальше.

В чистом полупроводнике отсутствуют свободные электроны, поэтому его электропроводность, как и у диэлектрика крайне мала. Если добавить в полупроводник примесь, то проводимость увеличится. Для того чтоб заметить изменение электропроводимости, достаточно в чистый полупроводник добавить очень малое количество примеси – 1 атом примеси на 106 атомов полупроводника. Электрическая проводимость любого вещества зависит от наличия в атоме свободных, слабо связанных электронов на внешней орбите.

Если электрон освободился от соседнего атома, то на месте оборванного электрона появилась новая дырка. Электроны двигаются от отрицательного к положительному потенциалу, а дырки можно рассматривать как такие, что двигаются в обратном направлении. Также дырки можно рассматривать как элемент положительного заряда. Примеси, которые образовывают свободные электроны в полупроводнике, называются донорными, а которые делают дырки – акцепторными. Процесс заполнения неполных валентных связей называется рекомбинация.

Проводимость диода

Рисунок 1 – Проводимость полупроводникового диода

p-n переход – это переходной слой, полученный на границе полупроводников разной проводимости.

Различают два типа перехода:

— плоскостной;

— точечный.

Принцип работы полупроводникового диода основан на особенности p-n перехода — ярко выраженная проводимость, которая зависит от полярности приложенного напряжения (рисунок 1).

На основании представленных характеристик материалов создан полупроводниковый прибор – диод.

Обозначение диода

Рисунок 2 – Обозначение диода

Обозначение диода в электрических схемах – VD.

Основные электрические параметры диода:

1. Іном – максимальное значение действующего тока через диод, которое его не перегревает.

2. Максимальный импульсный ток – Іі.max.

3. Обратное максимальное напряжение Uобр.

Прямое и обратное напряжение диода

Все полупроводниковые приборы очень чувствительны к примесям в воздухе, поэтому их размещают в герметичном корпусе из стекла или керамики.

Работа диода при прямом приложенном напряжении имеет следующий вид (ток — черная кривая, напряжение — красная):

Ток и напряжение на диоде

Рисунок 3 – Ток и напряжение на диоде

С рисунка видно, что при положительном напряжении диод VD открывается и напряжение имеет малое значение, при отрицательном напряжении диод закрывает мгновенно, переставая пропускать через себя ток.

Широко применяются при необходимости преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямленное напряжение будет иметь пульсирующий вид, как изображено на рисунке 3 – однополупериодное выпрямление, если же применять диодный мост, то будет осуществлено двухполупериодное выпрямление. В полученном пульсирующем напряжении для электрических приборов будет важно действующее значение напряжения. Для трехфазных сетей применяют выпрямитель Ларионова.

Специальные диоды

Стабилитрон – разновидность диода, которому характерна вертикально спадающая ВАХ, на которой стабилитрон предназначен продолжительно работать.

Стабилитрон

ВАХ стабилитрона

Рисунок 4 – Вольт-амперная характеристика (ВАХ) стабилитрона

Предназначается для работы в источниках питания для стабилизации напряжения.

Основные характеристики: Uстабилизации, Іmin, Imax– граничные значения тока через стабилитрон.

Туннельный диод – это диод, которому характерно наличие в прямой ветке вольт-амперной характеристики участок с обратным сопротивлением. При увеличении прямого напряжения монотонно увеличивается выходное значение тока. Напряжение пробоя такого полупроводника практически равно нулю.

Туннельный диод

ВАХ туннельного диода

Рисунок 5 – ВАХ туннельного диода

Используются в схемах переключения и генераторах электрических колебаний.

Динистор – специальный диод, который сохраняет высокое сопротивление до определенного значения прямого напряжения, после чего сопротивление резко спадает и равно величине сопротивления открытого диода.

Динистор

Вольтамперная характеристика динистора

Рисунок 6 – Вольт-амперная характеристика динистора

Используют в схемах автоматики и генераторах переменно-линейного напряжения.

Варикап – диод, у которого изменяется емкость в зависимости от значения приложенного обратного напряжения.

Варикап

ВАХ варикапа

Рисунок 7 – ВАХ варикапа

Применяются в электрических схемах, где необходима настройка частоты контура колебания, деление или умножение частоты.

Характерные для варикапа параметры:

— общая емкость – измеренная емкость при определенном обратном напряжении;

— коэффициент перекрытия по емкости – при двух некоторых значениях напряжения отношения емкостей варикапа.

— температурный коэффициент емкости – относительное изменение емкости, вызванное сменой температуры.

— предельная частота – та, на которой реактивная составляющая варикапа становится равна активной.

Фотодиод – спец диод, обратная проводимость которого изменяется от величины светового потока Ф.

Фотодиод

ВАХ фотодиода

Рисунок 8 – ВАХ фотодиода

Используются в измерителях светового потока и приборах автоматики.

Светодиод излучает свет при прохождении через него в прямом направлении электрического тока, цвет свечения определяется химическим составом кристалла.

Отличительной особенностью светодиода является экономичность – очень малое потребление тока (2-5мА).

Недостаточно прав для комментирования

Вольт-амперная характеристика полупроводниковых диодов, типовые ВАХи

Диод – нелинейный пассивный элемент, простейший прибор на основе полупроводника с одним p-n переходом и двумя выводами. Является одним из основных компонентов электронных устройств. Не углубляясь в физику процессов, происходящих в полупроводниковых структурах, следует отметить основное его назначение – пропускать ток в одном направлении. Выводы диода называются анодом и катодом, на обозначении стрелка – это анод, она же указывает на направление тока.

Полупроводниковый диод

Свойства и вольт-амперная характеристика

Если к аноду приложить положительное напряжение, то диод становится открытым, при этом его можно рассматривать как проводник, работающий в «одну сторону», при смене полярности (отрицательном напряжении на аноде) диод закрыт. Надо отметить, что прохождение тока в прямом направлении вызывает некоторое уменьшение напряжения на катоде, вызванное особенностями проводимости полупроводников. Падение напряжения для разных типов приборов составляет 0,3-0,8 вольт, в большинстве случаев им можно пренебречь.

Поведение диода при разных значениях протекающего тока, величины и полярности приложенного напряжения, в виде графика представляется как вольт амперная характеристика полупроводникового диода.

Типовая ВАХ

Часть графика, находящаяся в правой верхней части, соответствует прямому направлению тока. Чем ближе эта ветвь к вертикальной оси, тем меньше падение напряжения на диоде, её наклон указывает на эту величину при разных токах. Для идеального диода она не имеет наклона и почти совпадает с осью ординат, но реальный полупроводник не может обладать такими характеристиками.

В левом нижнем квадранте отображается зависимость тока от напряжения обратной полярности – в закрытом состоянии. Обратный ток для приборов общего назначения исчезающе мал, его не принимают во внимание до момента пробоя – возрастания обратного напряжения до недопустимой для конкретного типа величины. Большинство диодов при таком напряжении не могут работать, температура значительно возрастает, и прибор окончательно выходит из строя. Напряжение, при котором существует вероятность пробоя, называют обратным пиковым, обычно оно в несколько раз превышает рабочее, в документации указывается допустимое время – в пределах микросекунд.

Для измерения параметров применяется элементарная схема с прямым и обратным включением диодов.

Проверка характеристик

В технических описаниях вольт амперная характеристика диода в графическом представлении, как правило, не приводится, а указываются наиболее значимые точки характеристики, например, для часто используемых выпрямительных диодов:

  • Максимальный и пиковый выпрямленный ток;
  • Среднеквадратичное и пиковое значение обратного напряжения;
  • Наибольший обратный ток;
  • Падение напряжения при различном прямом токе.

Кроме указанных параметров, не меньшее значение имеют и другие свойства: статическое сопротивление, для импульсных диодов – граничная частота, ёмкость p – n перехода. Приборы специального назначения также имеют специфические характеристики и другой вид ВАХ полупроводникового диода.

Отдельный тип диодов работает в области электрического пробоя, они применяются для стабилизации напряжения – это стабилитроны. От ВАХ диода характеристика стабилитрона отличается резким уходом вниз левой ветви графика и малым её отклонением от вертикали. Эта точка на оси абсцисс называется напряжением стабилизации. Стабилитрон включается только с резистором, ограничивающим ток через него.

Видео

Оцените статью:

Вольт-амперная характеристика диода с PN переходом — характеристика смещения в прямом и обратном направлении

Вольт-амперная характеристика диода с PN переходом представляет собой кривую между напряжением на переходе и током цепи . Схема расположения кривой показана на рисунке ниже. Схема показывает, что резистор соединен последовательно с диодом с PN переходом, чтобы ограничить рост тока прямого смещения в пределах допустимых значений.Характеристическая кривая диода с PN-переходом состоит из трех кривых: нулевого внешнего напряжения, прямого смещения и обратного смещения.

votl-ampere-circuit Нулевое внешнее напряжение

Когда цепь K разомкнута, на цепь не подается внешнее напряжение. Следовательно, в цепи не течет ток. Нулевое внешнее напряжение показано точкой O на графике, показанном ниже.

Прямое смещение

Диод с PN-переходом подключается с прямым смещением, удерживая ключ K в замкнутом состоянии и удерживая переключатель двойного хода в положении один.При прямом смещении полупроводниковый материал p-типа подключается к положительному концу источника питания, а полупроводниковый материал n-типа подключается к отрицательному выводу источника питания.

Когда напряжение увеличивается путем изменения номинала резистора R h , кривая цепи увеличивается очень медленно, и кривая становится нелинейной. Точка OA на кривой показывает возрастающую характеристику напряжения.

Ток медленно растет при прямом смещении, поскольку приложенное внешнее напряжение используется для пересечения потенциального барьера диода с PN-переходом.Но когда потенциальный барьер полностью устранен и внешнее напряжение, приложенное к переходу, увеличивается, PN-переход ведет себя как обычный диод, и ток цепи резко возрастает (показано в области AB).

Повышенный ток цепи контролируется сопротивлением R h и прямым сопротивлением перехода R f . Кривая становится линейной. Ток, превышающий номинальное значение, повредит диод.

Вольт-амперная характеристика PN-перехода показана на рисунке ниже.

volt-ampere-characteristic Обратное смещение

Когда положение двухполюсного переключателя двойного направления изменяется с 1 на 2, смещение диода меняется с обратного смещения на прямое, т. Е. Материал p-типа подключается к отрицательной клемме источника питания, а n- Тип материала подключается к положительной клемме источника питания.

В условиях обратного смещения сопротивление диода становится очень высоким, и ток через диод практически не течет. Но на практике через диод протекает ток в миллиамперах.Этот ток известен как обратный ток. Обратный ток возникает из-за присутствия неосновных носителей заряда в полупроводниковом материале при нормальной комнатной температуре. Обратная характеристика диода с PN-переходом показана на рисунке выше.

Обратное смещение PN-перехода действует как прямое смещение для основных носителей заряда и, следовательно, они составляют неосновной ток в обратном направлении. Этот ток пренебрежимо мал при рабочих напряжениях.

Когда увеличивается обратное питание, увеличивается и обратный ток.Непрерывное увеличение обратного напряжения увеличивает кинетическую энергию неосновных носителей. Кинетическая энергия неосновных электронов увеличивается настолько, что они выбивают электроны из полупроводниковой связи.

В этом состоянии сопротивление барьера увеличивается, из-за чего в стыке происходит пробой. Следовательно, ток обратного смещения увеличивается и необратимо повреждает переход.

Напряжение, при котором происходит разрыв PN-перехода, называется напряжением пробоя.

Ниже приведены важные моменты, которые необходимо учитывать при построении вольт-амперной характеристики.

  1. Нет тока через диод, когда внешнее напряжение становится равным нулю.
  2. При прямом смещении ток немного увеличивается, пока область истощения не будет полностью стерта.
  3. Прямое смещение внезапно увеличивается после напряжения колена.
  4. Прямой ток ограничен последовательным сопротивлением R и прямым сопротивлением R f .
  5. Прямой ток превышает номинальное значение, диод разрушается.
  6. При обратном смещении обратный ток немного увеличивается с увеличением неосновных носителей заряда.
  7. С увеличением обратного напряжения обратный ток резко увеличивается до большого значения. Именно из-за этого напряжения переход транзистора ломается и сопротивление резко падает.

Двухполюсный двухпозиционный переключатель имеет два выхода (вкл. И выкл.) Для каждого входа.

.

Что такое полупроводниковый диод? Прямое и обратное соединение диода

P n переход известен как Semiconductor Diod e. Переход p n используется с целью выпрямления, так как он ведет только в одном направлении. Он также известен как кристалл диод , поскольку он сделан из кремния или германия, подобного кристаллу. Символ полупроводникового диода показан ниже.

semiconductor-diodes-fig-1 Имеет два терминала. Он ведет себя только тогда, когда он смещен вперед.Это означает, что клемма, соединенная со стрелкой, имеет более высокий потенциал, чем клемма, подключенная к шине, как показано на рисунке выше. Когда полупроводниковый диод смещен в обратном направлении, он практически не проводит через него ток.

Вольт-амперные характеристики полупроводникового диода

Вольт-амперная или ВАХ полупроводникового диода — это кривая между напряжением на переходе и током цепи.

Схема схем показана ниже.

semiconductor-diodes-fig-2

Резистор R включен последовательно с pn переходом, который ограничивает прямой ток диода от превышения предписанного предельного значения. Характеристики изучаются по трем направлениям: нулевое внешнее напряжение, прямое смещение и обратное смещение. Они подробно описаны ниже.

Нулевое внешнее напряжение

Когда внешнее напряжение не подается, т. Е. Цепь разомкнута на ключ K, ток не течет через цепь. Это обозначено точкой 0 на графике, показанном ниже.

semiconductor-diodes-fig-3

Прямое смещение

Когда ключ K замкнут, а переключатель двойного хода переведен в положение 1, как показано на приведенной выше принципиальной схеме A. pn переход смещен в прямом направлении, поскольку полупроводник p-типа подключен к положительной клемме, а n-тип — к отрицательной клемме. поставки. Теперь при увеличении напряжения питания изменением переменного резистора Rh. Ток в цепи увеличивается очень медленно, и кривая является нелинейной, показанной на приведенном выше характеристическом рисунке B как OA.

Медленный рост тока в этой области связан с тем, что внешнее приложенное напряжение используется для преодоления потенциального барьера 0,3 В для Ge и 0,7 для Si. П-П перехода. Однако, как только потенциальный барьер устранен, и внешнее напряжение питания увеличивается. Pn-переход ведет себя как обычный проводник, и ток в цепи очень резко возрастает, что представлено областью AB.

В этот момент ток ограничен последовательным сопротивлением R и небольшим значением прямого сопротивления перехода R f .Кривая почти линейная. Если ток превышает номинальное значение диода, диод может быть поврежден.

Напряжение колена

Прямое напряжение (0,3 В для Ge и 0,7 В для Si-диодов), при котором ток через диод или p-n-переход начинает резко возрастать, известно как Knee Voltage .

Обратное смещение

Когда двухполюсный переключатель двойного направления (DPDT) переведен в положение 2, как показано на рисунке A. PN переход имеет обратное смещение, поскольку полупроводник p-типа подключен к отрицательной клемме, а n-тип — к положительной клемме источника питания. .В этом случае потенциальный барьер на стыке увеличивается. Следовательно, сопротивление перехода R r становится очень большим, и ток по цепи практически не течет.

Однако на практике в цепи протекает очень небольшой ток порядка микроампера. Этот ток известен как обратный ток и возникает из-за наличия неосновных носителей заряда при комнатной температуре.

Обратный ток немного увеличивается при увеличении напряжения питания обратного смещения.Если обратное напряжение постоянно увеличивается, наступает стадия, когда кинетическая энергия электронов (неосновных носителей заряда) становится настолько высокой, что они выбивают электроны из полупроводниковых связей. В точке C происходит пробой перехода, и сопротивление области барьера R r резко падает.

Следовательно, обратный ток сильно возрастает до большого значения. Это может навсегда разрушить соединение. Обратное напряжение, при котором происходит разрыв pn перехода, известно как напряжение пробоя .

Из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы.

  • При нулевом внешнем напряжении ток через цепь или диод не протекает.
  • При прямом смещении ток немного увеличивается до тех пор, пока не исчезнет барьерный потенциал.
  • После напряжения колена прямой ток резко возрастает.
  • Прямой ток ограничен последовательным сопротивлением R и небольшим значением сопротивления перехода Rf.
  • Диод разрушается, когда прямой ток превышает номинальное значение диода.
  • Обратный ток немного увеличивается с увеличением напряжения из-за неосновных носителей. Максимальное значение обратного тока для Si-диода составляет всего 1 микроампер. Для Ge это около 100 мкА.
  • Обратное напряжение, при котором происходит разрыв перехода, известно как напряжение пробоя .
  • При обратном напряжении при обрыве перехода диод может выйти из строя.
.

Что такое варакторный диод? — Определение, символ, работа, характеристика и схема настройки

Определение: Диод, внутренняя емкость которого изменяется при изменении обратного напряжения. Такой тип диода известен как варакторный диод. Он используется для хранения заряда. Варакторный диод всегда работает в режиме обратного смещения, и это полупроводниковый прибор, зависящий от напряжения

Устройство, зависящее от напряжения, означает, что выход диода зависит от их входного напряжения.Варакторный диод T используется там, где требуется переменная емкость, и эта емкость регулируется с помощью напряжения. Варакторный диод также известен как варикап, вольт-конденсатор, переменная емкость по напряжению или настраивающий диод.

Обозначение варакторного диода

Обозначение варакторного диода аналогично обозначению диода с PN-переходом. Диод имеет два вывода: анод и катод. Один конец символа состоит из диода, а другой конец имеет две параллельные линии, которые представляют токопроводящие пластины конденсатора.Зазор между пластинами показывает их диэлектрик.

symbol-for-varactor-diode

Работа варакторного диода

Варакторный диод изготовлен из полупроводникового материала n-типа и p-типа. В полупроводниковом материале n-типа электроны являются основным носителем заряда, а в материале p-типа дырки являются основными носителями заряда. Когда полупроводниковые материалы p-типа и n-типа соединяются вместе, образуется p-n-переход, и на PN-переходе создается область обеднения.Положительные и отрицательные ионы составляют область истощения. Эта область блокирует ток, поступающий из PN-области.

Варакторный диод работает только при обратном смещении. Из-за обратного смещения ток не течет. Если диод подключен в прямом смещении, ток начинает течь через диод, и их обедненная область становится меньше. Область обеднения не позволяет ионам перемещаться с одного места на другое.

Варакторный диод используется для хранения заряда, а не для протекания заряда .При прямом смещении общий заряд, накопленный в диоде, становится нулевым, что нежелательно. Таким образом, варакторный диод всегда работает в режиме обратного смещения.

Формула дает емкость варакторного диода,

varactor-diode-equation-1

Где, ε — Диэлектрическая проницаемость полупроводникового материала.
A — площадь PN-перехода
W — ширина обедненной области

Емкость варакторного диода увеличивается с увеличением n и области p-типа и уменьшается с увеличением области обеднения.Увеличение емкости означает, что в диоде хранится больше зарядов. Для увеличения емкости заряда область истощения (которая действует как диэлектрик конденсатора) диода должна быть небольшой.

Характеристика варакторного диода

Характеристическая кривая варакторного диода показана на рисунке ниже. График показывает, что при увеличении напряжения обратного смещения область обеднения увеличивается, а емкость диода уменьшается.

characteristic-diode

Преимущества варакторного диода

Преимущества варакторного диода.

  1. Варакторный диод производит меньше шума по сравнению с другим диодом.
  2. Он дешевле и надежнее.
  3. Варакторный диод имеет небольшие размеры и меньший вес.

Варакторный диод в цепи настройки

На рисунке ниже показано, что D 1 и D 2 — это два варакторных диода. Эти диоды обеспечивают переменное сопротивление в параллельном резонансном контуре. V c — это постоянное напряжение, используемое для управления обратным напряжением диода.

varactor-diode-in-tunning-circuit

varactor-diode-equation-2

Где, varactor-diode-equation-3

L — это индуктивность цепи, она измеряется в Генри. Резонансная частота контура выражается как C 1 , а C 2 — это максимальная емкость напряжения диода

. .

Применение стабилитронов — стабилизатор напряжения, защита измерителя и формирователь волны

Стабилитроны находят широкое применение в коммерческих и промышленных целях. Некоторые из важных применений стабилитронов — в качестве стабилизатора напряжения или стабилизатора , в качестве протектора счетчика и в качестве формирователя волны . Они подробно обсуждаются ниже.

Как стабилизатор напряжения

Основное применение стабилитронов в электронной схеме — стабилизатор напряжения.Он обеспечивает постоянное напряжение на нагрузке от источника, напряжение которого может изменяться в достаточном диапазоне. На рисунке ниже изображена схема стабилитрона в качестве стабилизатора.

Applications-of-Zener-Diodes-fig-1 В приведенной выше схеме стабилитрон напряжения Зенера V Z подключен к нагрузке R L в обратном состоянии. Постоянное напряжение (V 0 = V Z ) — это желаемое напряжение на нагрузке. Колебания выходного напряжения поглощаются последовательным резистором R, включенным последовательно со схемой.Это поддерживает постоянное напряжение ( 0 В) на нагрузке.

Пусть к нагрузке R L приложено переменное напряжение Vin. Когда значение V в меньше, чем напряжение стабилитрона V Z на стабилитрон, через него не протекает ток, и такое же напряжение появляется на нагрузке. Стабилитроны проводят большой ток, когда входное напряжение V в больше, чем напряжение стабилитрона Vz. В результате через последовательный резистор R протекает большой ток, что увеличивает падение напряжения на нем.

Таким образом, входное напряжение, превышающее Vz (т.е.V в — V Z ), поглощается последовательным резистором. Следовательно, на нагрузке R L поддерживается постоянное напряжение V 0 = Vz. Когда стабилитрон со стабилитроном напряжения Vz подключен в обратном направлении параллельно нагрузке, он поддерживает постоянное напряжение на нагрузке, равное Vz, и, следовательно, стабилизирует выходное напряжение.

Для защиты счетчика

Стабилитроны

обычно используются в мультиметрах для защиты движения измерителя от повреждений при случайных перегрузках.Стабилитрон включен параллельно измерителю с точки зрения безопасности.

Принципиальная схема показана ниже.

Applications-of-Zener-Diodes-fig-2 Движение измерителя защищено от любых повреждений, так как большая часть тока проходит через стабилитрон в случае любой случайной перегрузки. Когда требуется защита движения измерителя, независимо от полярности (например, при пропускании переменного тока).

Расположение схемы изменено, как показано на рисунке ниже.

Applications-of-Zener-Diodes-fig-3 Для формирования волны

Стабилитроны

также используются для преобразования синусоидальной волны в прямоугольные. Схема схемы показана ниже.

Applications-of-Zener-Diodes-fig-4 Во время положительного и отрицательного полупериода, когда напряжение на диодах ниже значения стабилитрона, они создают путь с высоким сопротивлением. Входное напряжение, появляющееся на выходных клеммах. Однако, когда входное напряжение превышает значение стабилитрона, стабилитрон предлагает путь с низким сопротивлением и проводит большой ток.

В результате на последовательном резисторе R появляется сильное падение напряжения, и, следовательно, пики входной волны отсекаются, когда появляются на выходе, как показано на рисунке выше. Входная синусоида обрезается на пиках, а на выходе появляется прямоугольная волна.

.
Разное

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о