і випадків, наприклад для силових діодів, можна вважати, що струм протікає через діод тільки в одному напрямку - прямому, а у зворотному напрямку струм настільки малий, що ним можна знехтувати. Пряме напрямок - це коли електричне поле зовнішнього джерела направлено назустріч електричному полю pn-переходу, а зворотне - коли напрями цих електричних полів збігаються.
Напівпровідникові діоди, що використовують вентильний властивість pn-переходу, називаються випрямними діодами і широко використовуються в різних пристроях для випрямлення змінного струму.
Вольт-амперна характеристика (ВАХ) ідеалізованого pn переходу описується відомим рівнянням:
, (3.1)
де - зворотний струм pn-переходу; q - заряд електрона (q=1,6? Кл); k - постійна Больцмана (k=1,38? Дж/К); T - температура в градусах Кельвіна.
Графічне зображення цієї залежності представлено на малюнку 3.1
Вольт-амперна характеристика має явно виражену нелінійність, що зумовлює залежність опору діода від положення робочої точки.
Розрізняють опір статичну R ст і динамічне R дин. Статичний опір R ст, наприклад в точці А (малюнку 3.1), визначається як відношення напруги UA і струму IA, відповідних цій точці: R ст== tgб.
Динамічний опір визначається як відношення збільшень напруги і струму (малюнку 3.2): R дин =.
Рисунок 3.2 Динамічний опір діода
При малих значеннях відхилень ДU і Дi можна знехтувати нелінійністю ділянки АВ характеристики і вважати його гіпотенузою прямокутного трикутника АВС, тоді R дин=tgв.
Якщо продовжити лінійна ділянка прямої гілки вольт-амперної характеристики до перетину з віссю абсцис, то одержимо точку U 0 - напруга відсічення, яке відокремлює початковий полога ділянка характеристики, де динамічний опір R дин порівняно велика від круто змінюється ділянки, де R дин мало.
При протіканні через діод прямого струму напівпровідникова структура нагрівається, і якщо температура перевищить при цьому гранично допустиме значення, то відбудеться руйнування кристалічної решітки напівпровідника і діод вийде з ладу. Тому величина прямого струму діода обмежується гранично допустимим значенням I пр.max при заданих умовах охолодження.
Якщо збільшувати напруга, прикладена у зворотному напрямку до діода, то спочатку зворотний струм буде змінюватися незначно, а потім при певній величині U проб почнеться його швидке збільшення (малюнок 3.3), що говорить про настання пробою pn-переходу.
Існують декілька видів пробою pn-переходу в залежності від концентрації домішок в напівпровіднику, від ширини pn-переходу і температури:
оборотний (електричний пробій);
незворотні (теплової та поверхневий пробої).
Необоротний пробою для напівпровідникового приладу є неробочим і неприпустимим режимом.
Малюнок 3.3 Пробій pn-переходу
Тому в паспортних даних діода завжди вказується гранично допустимий зворотна напруга U проб (напруга лавиноутворення), відповідне початку пробою pn-переходу. Зворотне номінальне значення напруги становить зазвичай 0,5U проб і визначає клас приладу по напрузі. Т?? до, клас 1 відповідає 100 В зворотної напруги, клас 2 - 200 В і т.д.
3.3 Обладнання, що використовується в лабораторній роботі
випробовувані діоди VD1 - VD4 (В 50);
мультиметр;
з'єднувальні дроти;
ЛАТР (лабораторний автотрансформатор);
вольтметр Ш4313
амперметр (15 mA);
волльметр (15 В).
Основні технічні параметри У 50-10:
діод кремнієвий дифузійний.
призначений для роботи в колах статичних перетворювачів електроенергії постійного і змінного струмів на частотах до 2 кГц.
випускаються в металлостеклянном корпусі із гнучким висновком.
середній прямий струм - 50 А
повторюване імпульсна зворотна напруга - 1000 В
охолодження повітряне природне або примусове.
позначення тіпономінала і полярність висновків наводяться на корпусі.
Маса діода не більше 190 г.
Технічні умови: ТУ 16-529.765-73.
3.4 Дослідження напівпровідникового діода У 50
Вивчити схеми включення напівпровідникових приладів (ма...
