Вольт-амперная характеристика диода (ВАХ). Диод вахВольт-амперная характеристика полупроводниковых диодов, типовые ВАХиДиод – 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 характеристикаЕсли 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:
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. ВидеоОцените статью:elquanta.ru 13. Теоретическая вольт-амперная характеристика p-n- переходаВольтамперная характеристика (ВАХ) представляет собой график зависимости тока во внешней цепи p-n-перехода от значения и полярности напряжения, прикладываемого к нему. Эта зависимость может быть получена экспериментально или рассчитана на основании уравнения вольтамперной характеристики. Тепловой ток p-n-перехода зависит от концентрации примеси и температуры. Увеличение температуры p-n-перехода приводит к увеличению теплового тока, а, следовательно, к возрастанию прямого и обратного токов.Увеличение концентрации легирующей примеси приводит к умень-шению теплового то-ка, а, следовательно, к уменьшению прямого и обратного токов p-n-перехода. 14. Пробой p-n –перехода – называют резкое изменение режима работы перехода, находящегося под обратным напряжением. Сопровождающееся Резким увеличением обратного тока, при незначительно уменьшающемся и даже убывающем обратном напряжении:
Три вида пробоя: 1.Тунельный (электрический) – явление прохождение электронов через потенциальный барьер; 2. Лавинный (электрический) – возникает, если, при движении до очередного соударения с атомом дырка(электрон) приобретает энергию достаточную для ионизации атома; 3. Тепловой пробой (необратим) – возникает при разогреве полупроводника и соответствующем увеличением удельной проводимости. 15. Выпрямительный диод: назначение ,вах, основные параметры, угоВыпрямительные диоды служат для преобразования переменного тока в пульсирующий ток одного направления и используется в источниках питания радиоэлектронной аппаратуры. Германиевые выпрямительные диоды Изготовление германиевых выпрямительных диодов начинается с вплавления индия в исходную полупроводниковую пластину германия n-типа. В свою очередь исходная пластина припаивается к стальному кристаллодержателю для маломощных выпрямительных диодов или к медному основанию для мощных выпрямительных диодов. Рис 24 конструкция маломощного сплавного диода. 1- кристаллодержатель; 2 – кристалл; 3 – внутр. вывод; 4 – коваровый корпус; 5 – изолятор; 6 – коваровая трубка; 7 – внешний вывод Рис 25 ВАХ германиевого диода Из рис 25 видно, что с ростом температуры в значительной степени увеличивается обратный ток диода, а величина пробивного напряжения уменьшается. Германиевые диоды различного назначения имеют величину выпрямленного тока от 0,3 до 1000А. Прямое падение напряжения не превышает 0,5В, а допустимое обратное напряжение 400В. Недостатком германиевых диодов является их необратимый пробой даже при кратковременных импульсных перегрузках Кремниевые выпрямительные диоды Для получения p-n перехода в кремниевых выпрямительных диодах осуществляют вплавление алюминия в кристалл кремния n-типа, или сплава золота с сурьмой в кремний p-типа. Для получения переходов используют также диффузионные методы. Конструкции ряда маломощных кремниевых диодов практически не отличается от конструкций аналогичных германиевых диодов. Рис 27 ВАХ кремниевого диода Прямая ветвь слабо изменяется в довольно значительном интервале температур (с ростом температур она будет несколько круче), а падение напряжения в прямом направлении уменьшится. В качестве выпрямительных диодов используются и диоды Шотки. Важная особенность этих диодов - меньшее прямое падение напряжения – 0,2В. Применение таких диодов уменьшает потери на 10-15% Основные параметры выпрямительных диодов
коэффициент выпрямления studfiles.net Вольт-амперная характеристика диодаРежим работы диода определяется его вольт-амперной характеристикой. Типовая характеристика диода представлена на рис. 3. Рис. 3. Типовая вольт – амперная характеристика диода Характеристику диода (при прямом включении) можно аппроксимировать с помощью экспоненциальной функции: . Здесь обратный ток насыщенияIs 10-11А (для кремниевых диодов) и10-7 А (для германиевых), коэффициент эмиссии n 1…2 и температурное напряжение UT = kT/q 26 мВ при комнатной температуре. У реальных диодов характеристики отличаются от идеальных за счет наличия омического сопротивления тела полупроводника и выводов, что сказывается на прямой ветви характеристики, и токов утечки из-за загрязнений поверхности кристалла. При больших обратных напряжениях, начиная с некоторого предела, сопротивление диода резко падает и наступает пробой перехода. Именно этот участок обратной ветви вольт-амперной характеристики, который идет почти параллельно оси токов, используется в качестве рабочего у стабилитронов. При этом характер пробоя может носить как лавинный, так и туннельный характер. Величина напряжения пробоя определяется удельным сопротивлением материала исходного полупроводника и видом механизма пробоя. Основные параметры диода
Вольт-амперная характеристика стабилитронаСтабилитрон (диод Зенера) – полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения в источниках питания. Условное обозначение стабилитрона приведено на рис. 4. По сравнению с обычными диодами стабилитрон имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока.
Рис. 4. Условное обозначение стабилитрона Материалы, используемые для создания p-n-перехода стабилитронов, имеют высокую концентрацию примесей. Поэтому, при относительно небольших обратных напряжениях в переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой, в данном случае являющийся обратимым (если не наступает тепловой пробой вследствие слишком большой силы тока). Типовая статическая вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 5.
Рис. 5. Вольт-амперная характеристика стабилитрона Обратная ветвь характеристики стабилитрона имеет крутой излом, обусловленный резким ростом тока. Этот излом соответствует напряжению стабилизации Uст. При достижении напряжения стабилизации обратный ток резко возрастает. Эффект стабилизации основан на том, что большое изменение тока вызывает малое изменение напряжения. Стабилизация тем лучше, чем круче идет эта кривая и, соответственно, чем меньше дифференциальное внутреннее сопротивление. Диапазон рабочих токов стабилитрона снизу ограничен минимальным током стабилизации Iст мин, определяемым началом пробоя, а сверху – максимальным током стабилизации Iст макс, определяемым допустимой мощностью рассеяния прибора. Вольт-амперная характеристика диода (ВАХ). — КиберПедияВольт-амперная характеристика диода - это 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 Uзаг.( 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 cyberpedia.su §1. Полупроводниковые диодыПолупроводниковый диод – это прибор с двухслойнойP-Nструктурой и однимP-Nпереходом. Слой Р- акцепторная примесь ( основные носители - дырки ). СлойN- донорная примесь (основные носители - электроны). Обозначение на схемах: Катод VилиVD- обозначение диодаVS– обозначение диодной сборки V7 Цифра послеV, показывает номер диода в схеме Анод – это полупроводникP-типа Катод – это полупроводник N-типа Анод При приложении внешнего напряжения к диоду в прямом направлении («+» на анод, а « - » на катод) уменьшается потенциальный барьер, увеличивается диффузия – диод открыт (закоротка). При приложении напряжения в обратном направлении увеличивается потенциальный барьер, прекращается диффузия – диод закрыт (разрыв). Вольт-амперная характеристика (вах) полупроводникового диодаUэл.проб.= 10 ÷1000 В – напряжение электрического пробоя. Uнас.= 0,3 ÷ 1 В – напряжение насыщения. IaиUa– 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 приборов1. 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:
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.
studfiles.net Вольт-амперная характеристика диодаРежим работы диода определяется его вольт-амперной характеристикой. Типовая характеристика диода представлена на рис. 3.
Рис. 3. Типовая вольт – амперная характеристика диода Характеристику диода (при прямом включении) можно аппроксимировать с помощью экспоненциальной функции: . Здесь обратный ток насыщенияIs 10-11А (для кремниевых диодов) и10-7 А (для германиевых), коэффициент эмиссии n 1…2 и температурное напряжение UT = kT/q 26 мВ при комнатной температуре. У реальных диодов характеристики отличаются от идеальных за счет наличия омического сопротивления тела полупроводника и выводов, что сказывается на прямой ветви характеристики, и токов утечки из-за загрязнений поверхности кристалла. При больших обратных напряжениях, начиная с некоторого предела, сопротивление диода резко падает и наступает пробой перехода. Именно этот участок обратной ветви вольт-амперной характеристики, который идет почти параллельно оси токов, используется в качестве рабочего у стабилитронов. При этом характер пробоя может носить как лавинный, так и туннельный характер. Величина напряжения пробоя определяется удельным сопротивлением материала исходного полупроводника и видом механизма пробоя. Основные параметры диода
Вольт-амперная характеристика стабилитронаСтабилитрон (диод Зенера) – полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения в источниках питания. Условное обозначение стабилитрона приведено на рис. 4. По сравнению с обычными диодами стабилитрон имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока.
Рис. 4. Условное обозначение стабилитрона Материалы, используемые для создания p-n-перехода стабилитронов, имеют высокую концентрацию примесей. Поэтому, при относительно небольших обратных напряжениях в переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой, в данном случае являющийся обратимым (если не наступает тепловой пробой вследствие слишком большой силы тока). Типовая статическая вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 5.
Рис. 5. Вольт-амперная характеристика стабилитрона Обратная ветвь характеристики стабилитрона имеет крутой излом, обусловленный резким ростом тока. Этот излом соответствует напряжению стабилизации Uст. При достижении напряжения стабилизации обратный ток резко возрастает. Эффект стабилизации основан на том, что большое изменение тока вызывает малое изменение напряжения . Стабилизация тем лучше, чем круче идет эта кривая и, соответственно, чем меньше дифференциальное внутреннее сопротивление. Диапазон рабочих токов стабилитрона снизу ограничен минимальным током стабилизации Iст мин, определяемым началом пробоя, а сверху – максимальным током стабилизации Iст макс, определяемым допустимой мощностью рассеяния прибора. studfiles.net ВАХ полупроводникового диодаВах-вах-вах… Обычно эти слова употребляют, рассказывая анекдоты про кавказцев))) Кавказцев прошу не обижаться – я уважаю Кавказ. Но, как говорится, из песни слов не выкинешь. Да и в нашем случае это слово имеет другой смысл. Да и не слово это даже, а аббревиатура. ВАХ – это вольт амперная характеристика. Ну а нас в этом разделе интересует вольт амперная характеристика полупроводникового диода. График ВАХ диода показан на рис. 6.  Рис. 6. ВАХ полупроводникового диода. На графике изображены ВАХ для прямого и обратного включения диода. Ещё говорят, прямая и обратная ветвь вольт-амперной характеристики. Прямая ветвь (Iпр и Uпр) отображает характеристики диода при прямом включении (то есть когда на анод подаётся «плюс»). Обратная ветвь (Iобр и Uобр) отображает характеристики диода при обратном включении (то есть когда на анод подаётся «минус»). На рис. 6 синяя толстая линия – это характеристика германиевого диода (Ge), а чёрная тонкая линия – характеристика кремниевого (Si) диода. На рисунке не указаны единицы измерения для осей тока и напряжения, так как они зависят от конкретной марки диода. Что же мы видим на графике? Ну для начала определим, как и для любой плоской системы координат, четыре координатных угла (квадранта). Напомню, что первым считается квадрант, который находится справа вверху (то есть там, где у нас буквы Ge и Si). Далее квадранты отсчитываются против часовой стрелки. Итак, II-й и IV-й квадранты у нас пустые. Это потому, что мы можем включить диод только двумя способами – в прямом или в обратном направлении. Невозможна ситуация, когда, например, через диод протекает обратный ток и одновременно он включен в прямом направлении, или, иными словами, невозможно на один вывод одновременно подать и «плюс» и «минус». Точнее, это возможно, но тогда это будет короткое замыкание))). Остаётся рассмотреть только два случая – прямое включение диода и обратное включение диода. График прямого включения нарисован в первом квадранте. Отсюда видно, что чем больше напряжение, тем больше ток. Причём до какого-то момента напряжение растёт быстрее, чем ток. Но затем наступает перелом, и напряжение почти не меняется, а ток начинает расти. Для большинства диодов этот перелом наступает в диапазоне 0,5…1 В. Именно это напряжение, как говорят, «падает» на диоде. То есть если вы подключите лампочку по первой схеме на рис. 3, а напряжение батареи питания у вас будет 9 В, то на лампочку попадёт уже не 9 В, а 8,5 или даже 8 (зависит от типа диода). Эти 0,5…1 В и есть падение напряжения на диоде. Медленный рост тока до напряжения 0,5…1В означает, что на этом участке ток через диод практически не идёт даже в прямом направлении. График обратного включения нарисован в третьем квадранте. Отсюда видно, что на значительном участке ток почти не изменяется, а затем увеличивается лавинообразно. Что это значит? Если вы включите лампочку по второй схеме на рис. 3, то светиться она не будет, потому что диод в обратном направлении ток не пропускает (точнее, пропускает, как видно на графике, но этот ток настолько мал, что лампа светиться не будет). Но диод не может сдерживать напряжение бесконечно. Если увеличить, напряжение, например, до нескольких сотен вольт, то это высокое напряжение «пробьёт» диод (см. перегиб на обратной ветви графика) и ток через диод будет течь. Вот только «пробой» - это процесс необратимый (для диодов). То есть такой «пробой» приведет к выгоранию диода и он либо вообще перестанет пропускать ток в любом направлении, либо наоборот – будет пропускать ток во всех направлениях. В характеристиках конкретных диодов всегда указывается максимальное обратное напряжение – то есть напряжение, которое может выдержать диод без «пробоя» при включении в обратном направлении. Это нужно обязательно учитывать при разработке устройств, где применяются диоды. Сравнивая характеристики кремниевого и германиевого диодов, можно сделать вывод, что в p-n-переходах кремниевого диода прямой и обратный токи меньше, чем в германиевом диоде (при одинаковых значениях напряжения на выводах). Это связано с тем, что у кремния больше ширина запрещённой зоны и для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости им необходимо сообщить большую дополнительную энергию. tz-5133.narod.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
.gif)
