ВАХ реального полупроводникового диода

При прямом включении напряжение на диоде должно достигнуть определенного порогового значения - V_ϒ, при котором P-N-переход в полупроводнике открывается и диод начинает проводить ток. До этого диод является очень плохим проводником. (Как указывалась,V_ϒ у кремниевых приборов примерно 0.75V, у германиевых – около 0.4V).

Параметры диода:

- V_ϒ(гамма) - напряжение порога проводимости

- Рабочая точка (режим покоя) характеризуется или значением постоянного напряжения на диоде Uд, или значением постоянного тока диода Iд (между ними существует однозначная связь). Поскольку диод - нелинейный прибор, то статическое сопротивление является функцией рабочей точки: Rд = F(Uд) или Rд = F(Iд). 

При расчёте статического режима необходимо построить на ВАХ диода нагрузочную прямую АВ. Обычно известны E, R и дана ВАХ диода. Нагрузочная прямая (статический режим) строится из уравнения закона Ома для полной цепи: . Если диод полностью открыт, то максимальный ток определяется сопротивлением R. Если диод заперт, то напряжение равно сумме падений напряжений на диоде и сопротивлении R.

- I_{D_MAX} - максимальный ток через диод при прямом включении. Когда ток через прибор превышает этот предел, диод перегревается, разрушается кристаллическая структура полупроводника, прибор становится непригодным. Величина данной силы тока сильно колеблется в зависимости от типов диодов и их производителей.

-I_OP – 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 высококачественные кремниевые диоды с предельно низким обратным током имеют этот показатель около 0.5 nA.

-PIV(Peak Inverse Voltage) - Напряжение пробоя. Если внешняя разность потенциалов превышает это значение, диод резко понижает свое сопротивление и превращается в проводник. Величина напряжения пробоя колеблется в зависимости от разных типов диодов и их производителей.

-Паразитная емкость PN-перехода. Если на диод подать напряжение значительно выше V_ϒ, он не начнет мгновенно проводить ток. Причиной этому является паразитная емкость P-N перехода, на наполнение которой требуется определенное время. Чем меньше величина ёмкости p-n перехода, тем на более высоких частотах он может работать.

 Частотные свойства p-n перехода определяются двумя видами ёмкости перехода: барьерной и диффузионной. Барьерная ёмкость обусловлена неподвижными зарядами ионов донорной и акцепторной примеси.

 S_p-n– площадь p-n перехода; Δx- толщина перехода.

Диффузионная ёмкость, обусловлена диффузией подвижных носителей заряда через p-n переход при прямом включении.

Приближенные модели диодов.  

  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, когда важна только логическая функция прибора, например, в цифровой электронике.

Приближенная модель первого уровня «идеальный диод + V_ϒ»

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 второго уровня «идеальный диод + V_ϒ + r_D»

Иногда используют чуть более сложную и точную приближенную модель второго уровня. В этом случае добавляют к модели первого уровня внутреннее сопротивление диода, аппроксимировав его экспоненциальную функцию линейной.

В большинстве случаев для расчетов в электронных схемах не используют точную модель диода со всеми его характеристиками. Нелинейность этой функции слишком усложняет задачу.