Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
4. ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ
Предназначены для выпрямления переменного тока в постоянный.
Обычно при протекании номинального рабочего тока прямое падение напряжения составляет:
Uпр = 0,30,6 В (для Ge (0,4))
Uпр = 0,71,5 В (для Si (0,8)).
Максимально допустимая температура для диода не должна превышать:
Tmax = 7080 С (Ge)
Tmax = 120150С (Si).
Tmax определяется допустимым увеличением обратного тока.
Tmin = -60-70С для Ge и Si.
Пробивное напряжение составляет
Uпроб = 100400 В (Ge)
Uпроб = до 10001500 В (Si).
Выпрямительные диоды, предназначенные для выпрямления токов до 10А, называют силовыми диодами, а свыше 10А – вентилями.
Следует обратить внимание на смедующее
ВАХ p-n перехода, как известно, описывается выражением
I = I0(eU/-1) (1)
Температура окружающей среды оказывает сильное влияние на характеристики диода. Для качественной оценки влияния t пользуются понятием температурный коэффициент напряжения (TKU)
TKU = U/t = (-)13 мВ/град
I = const
для прямой ветви ВАХ.
Для обратного тока:
I0T = I0*2t/10C для Ge
I0T = I0*2t/7C для Si.
Эквивалентную схему диода представим в следующем виде:
rб – сопротивление базы, омического контакта и выводов диода
rп – сопротивление перехода
Сдиф – диффузионная емкость перехода
Сбар – барьерная емкость перехода.
Эквивалентная схема диода.
Диод может быть представлен в общем случае следующей эквивалентной схемой:
Ск – емкость корпуса диода
LS – индуктивность выводов и контактной пружины, соединяющей кристалл с одним из выводов
rп – сопротивление p-n перехода
Сп – емкость p-n перехода
rб – сопротивление базы, омического контакта и выводов диода.
LS 120 нГн, Ск 0,3 пФ
На частотах до 100 МГц их можно не учитывать.
Сопротивление перехода в прямом направлении не велико:
rп = Rд - rб
Емкость Сп при прямом смещении диода состоит из барьерной Сбар и диффузионной Сдиф.
Емкость, определяющаяся отношением изменения величины инжектированного заряда к изменению приложенного напряжения, называется диффузионной емкостью.
Сдиф = Qинж/U
Диффузионная емкость пропорциональна прямому току и времени жизни p неосновных носителей в области базы
Сдиф = ½(I+I0)p(1/T) p/Ri
Барьерная (или разрядная) емкость перехода (ее еще иногда называют диффузионной) определяется отношением изменения пространственного заряда перехода к вызвавшему это изменение напряжению
Сбар = Qпер/U.
Величину этой емкости можно подсчитать по формуле плоского конденсатора
С = аS/
Для диодов с резким переходом (сплавных)
Сбар = S(aeNg)/(2(U+к)) = А0(U+к)-1/2
Где А0 – коэффициент, учитывающий константы и геометрию сплавного перехода, к – контактная разность потенциалов.
Для диодов с плавным переходом (диффузионные диоды):
Сбар = А0(U+к)-1/3.
Начальный участок ВАХ в относительных единицах имеет вид
При прямых напряжениях зависимость I(U) настолько крутая, что получить нужный ток, задавая напряжение, очень трудно, т.к. ток резко растет особенно после U/T = 4. Поэтому для p-n перехода здесь характерен режим заданного прямого тока. Исследуем зависимость U(I). Для этого запишем ВАХ в следующем виде (прологарифмировав выражение (1)):
I/I0 = eU/-1
I/I0+1 = eU/
U/T = ln(I/I0+1)
U = T*ln(I/I0+1) (2)
Обычно I/I0>> 1 и можно пользоваться формулой
U = T*ln(I/I0)
На практике диапазон изменения прямых токов редко бывает широким. Поэтому прямые падения напряжения можно считать постоянными и рассматривать как своего рода параметр открытого перехода. Обозначим его U* и будем его называть напряжением открытого перехода. Например, если переход (Si) и I0 = 10-15A , а I = 10-310-4А, то U* = 0,690,64 В. Далее, если Uпрямое на 0,1 В (т.е. 4Т) меньше напряжения U*, то переход можно считать практически запертым, т.к. токи при таких напряжениях в десятки раз меньше номинальных. Поэтому, условно можно назвать величину U* - 0,1В напряжением отпирания перехода.
Важной особенностью идеальной ВАХ является обратная зависимость между прямым напряжением и тепловым током:
чем больше прямое напряжение, тем меньше тепловой ток и наоборот.
Так у Ge диодов обратный ток теоретически на 6 порядков больше, чем у Si диодов. Поэтому прямые напряжения у Ge диодов при прочих равных условиях меньше, чем у Si диодов (примерно на 0,350,4 В). Кроме того, т.к. I0 прямо пропорционален S – площади перехода, то с увеличением площади перехода Uпр уменьшается.
Особенностью реальной ВАХ является падение напряжения на сопротивлении базы (rб). Прямое напряжение в этом случае
U = Tln(I/I0)+I*rб.
За счет последнего слагаемого логарифмическая зависимость U(I) вырождается. Это наступает при токе Iвыр Т/rб.
Сопротивление rб при малых площадях перехода может составлять десятки [Oм], т.о. вырождение ВАХ может наступить при сравнительно малых токах (0,20,5)мА.
Если Uпр превышает высоту потенциального барьера к, то ВАХ становится квазилинейной.
Uпр = к + Iпр*rб
Этот участок ВАХ называется омическим.
Простейшие схемы выпрямителей имеют вид:
rб
rп
Сдиф
Сбар
rб
rп
СК
СП
LS
0
10
2 4
I/I0
U/jT
S1
S2>S1
S2
Iпр/I0
Uпр/jT
вырожденный
участок
омический
участок
Iпрrб
Iпр
I0(eU/j)
Iвыр»
0,2¸0,5 мА
10
20
jк
U/jТ
IН
IН
t
t
RН
RН
+
_
~
~