Основные характеристики и параметры диодов

Вольтамперная характеристика (ВАХ) диодов снимается с помощью схем, показанных на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схемы

Экспериментальная (реальная) ВАХ диода I = φ(U) имеет некоторые отличия от теоретической характеристики.

На рисунке 6 реальная ВАХ показана сплошной, а теоретическая – штриховой линией. Расхождение теоретической и реальной характеристик на отдельных участках происходит по следующим причинам:

1 В прямом направлении при U ≥ U_кн сопротивление диода определяется сопротивлением объема полупроводниковых областей. Поэтому реальная ВАХ после точки 1 отклоняется от теоретической в сторону больших падений напряжения.

2 При U < 0 на участке характеристики между точками 0 - 2 обратный ток диода оказывается больше теплового тока I₀. В общем случае он состоит из трех основных составляющих:

I_обр = I₀ + I_m + I_y

где I_m – ток термогенерации (зависит от объема запирающего слоя и его температуры);

I_y – ток утечки, который протекает по поверхности кристалла от эмиттера к базе (зависит от состояния этой поверхности и почти не зависит от температуры).

3 Между точками 2 - 3 увеличивается обратный ток. Этот участок соответствует предпробойному состояния диода. В точке 3 происходит электрический пробой p-n-перехода, сопровождающийся резким увеличением обратного тока при незначительном увеличении обратного напряжения.

Рисунок 6 – Вольтамперная характеристика диода

Штрихпунктиром показана линия допустимой мощности, рассеиваемой диодом.

У некоторых диодов при обычных условиях возможен только тепловой пробой. У большинства диодов вначале наступает электрический пробой, который при увеличении обратного тока переходит в тепловой (точка 4).

ВАХ полупроводниковых диодов зависит от температуры окружающей среды. С увеличением температуры увеличивается тепловой ток и ток термогенерации, то есть увеличивается обратный ток диода.

С увеличением температуры прямой ток диода также увеличивается. С увеличением напряжение лавинного пробоя также увеличивается. Это происходит из-за теплового рассеивания подвижных носителей и сокращения средней длины их свободного пробега в p-n-переходе.

Основные параметры полупроводниковых диодов:

- постоянный обратный ток диода I_обр – значение постоянного тока, протекающего через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении

- постоянное обратное напряжение диода U_обр – значение постоянного напряжения, приложенного к диоду в обратном направлении

- постоянный прямой ток диода I_пр – значение постоянного тока протекающего через диод в прямом направлении

- постоянное прямое напряжение диода U_пр – значение постоянного напряжения на диоде при заданном постоянном прямом токе

- диапазон частот диода ∆f – разность предельных значений частот, при которых средний выпрямленный ток диода не менее заданной доли его значения на низшей частоте

- дифференциальное сопротивление r_диф = dU/dI

- емкость диода C_д ≈ C_зар + C_диф

Большое значение имеют параметры, характеризующие предельные режимы использования полупроводниковых приборов. Максимально допустимыми называются параметры, которые обеспечивают заданную надежность и значения которых не должны превышать при любых условиях эксплуатации.

- обратное максимально допустимое напряжение, ограничивается пробивным напряжением

U_{обр max} ≈ 0,8 U_проб

где U_проб – напряжение теплового или электрического пробоя

- максимально допустимая мощность, рассеиваемая диодом

P_max = (t_{n max} – t₀)/(R_{t пк} + R_{t ко})

где t_{n max} – максимально допустимая температура p-n-перехода;

t₀ – температура окружающей среды;

R_{t пк} – тепловое сопротивление между p-n-переходом корпусом диода;

R_{t ко} – тепловое сопротивление между корпусом и окружающей средой

- максимально допустимый прямой ток I_{пр max} = P_max/U_пр

Предельные параметры диодов с повышением температуры снижаются.

Для анализа работы полупроводникового диода удобно пользоваться эквивалентной схемой. В общем случае эквивалентная схема полупроводникового диода имеет следующий вид (рисунок 7).

Рисунок 7 – Эквивалентная схема полупроводникового диода

На этой схеме:

C_в – емкость между выводами;

L_в –индуктивность выводов;

r_s – последовательное сопротивление областей полупроводникового кристалла и выводов диода;

R_p-n – переменное сопротивление p-n-перехода;

C_зар – переменная диффузионная емкость.