1.2. Параметры полупроводниковых диодов

Полупроводниковый диод (далее – диод) – это двухполюсник с одним р-п переходом. По назначению диоды делятся на выпрямительные, высокочастотные, импульсные, стабилитроны и другие. В настоящей работе используются только выпрямительные диоды, которые предназначены для выпрямления переменного напряжения (тока) низкой частоты, до нескольких килогерц. Эти диоды применяются в выпрямительных устройствах (выпрямителях) для питания различной аппаратуры. Они, в свою очередь, делятся на диоды малой, средней и большой мощности, что соответствует допустимым значениям среднего выпрямленного тока до 400 мА, до 10 А и более 10 А.

Основными номинальными параметрами^) выпрямительных диодов являются:

● наибольший прямой ток I_пр (в среднем за период);

● прямое напряжение U_пр на диоде при наибольшем прямом токе;

● наибольшее обратное напряжение U_обр (оно на 30-50% меньше напряжения пробоя U_проб);

● обратный ток I_обр при наибольшем обратном напряжении;

● наибольшая рабочая частота f;

● наибольшая температура корпуса диода Т_к;

● допустимая мощность Р, рассеиваемая на диоде.

Полупроводниковые диоды изготавливаются, как правило, из кристаллов германия или кремния очень высокой степени очистки. Кремниевые диоды могут работать при более высоких температурах и обратных напряжениях и имеют меньший обратный ток, зато германиевые обладают меньшим сопротивлением прямому току, что, порой, очень важно.

Маркировка диода обычно содержит четыре элемента:

● первый элемент (буква) указывает на исходный материал: Г – германий, К − кремний, И – индий (иногда первый элемент не указывается);

● второй элемент (тоже буква) указывает тип прибора: Д − выпрямительный диод, Ц – выпрямительный блок (диодный мост), И – туннельный диод, А − СВЧ диод;

● третий элемент (число) − назначение прибора и его электрические свойства: от 101 до 199 – диоды малой мощности, от 201 до 299 – средней, от 301 до 499 – соответствующие выпрямительные блоки, от 401 до 499 – импульсные диоды;

● четвёртый элемент (буква) указывает на разновидность типа данной группы приборов.

Все эти параметры указываются на сопровождающих диоды этикетках и в справочниках. Например, маркировка диода КД203А означает, что это кремниевый выпрямительный диод средней мощности с типовым набором номинальных параметров, обозначенным буквой А.

Диоды средней и большой мощности имеют металлический герметичный корпус с винтом для крепления на теплоотводящем шасси.

В ольт-амперная характеристика реального диода лишь с грубым приближением описывается теоретическим соотношением (1). Прямой ток реального диода оказывается меньше теоретического, зато обратный – на несколько порядков (!) больше. Экспоненциальная зависимость (1) примерно выполняется лишь вблизи нуля, а в области U<0 зависимость I(U) оказывается почти линейной до самого пробоя, причём даже при U_обр=300 В обратный ток кремниевых диодов обычно не превышает 0,5 мкА (500 нА). Причины этих отличий достаточно сложны и их обсуждение не входит в задачи настоящей работы. Типичная вольт-амперная характеристика кремниевого диода средней мощности показана на рис. 3. При U_пр<0,2…0,3 А прямой ток I_пр неуловимо мал – меньше 1 мкА, т.е. практически нулевой, зато при U_пр>0,7…0,9 В он резко возрастает. Так как прямые и обратные напряжения и токи на ВАХ отличаются очень сильно, на несколько порядков. то на едином графике их приходится изображать в разных масштабах, отсюда и кажущийся излом ВАХ в нуле.

Д ля упрощения расчётов вольт-амперная характеристика диода иногда аппроксимируется ломаной

(2)

где r_д=ΔU/ΔI – некоторое среднее дифференциальное сопротивление диода на рабочем участке прямой ветви ВАХ (рис. 4). Величины U₀ и r_д определяются графически по экспериментально построенной ВАХ данного диода. Обычно U₀ лежит в пределах 0,3…1,0 В, а r_д~0,1…0,5 Ом; однако эти величины весьма неопределённы и зависят от того, на каком участке кривой I(U) делать линейную аппроксимацию.