1.3 Полупроводниковый диод. Вольтамперная характеристика.

Полупроводниковый диод это электротехническое устройство, в работе которого использованы свойства р-n перехода. Схемное изображение диода показано на рис.1. 11. Там же приведена вольтамперная характеристика диода, которая естественно аналогична характеристике р-n перехода.

Рис1.11 Схемное изображение диода и его вольтамперная характеристика

Характер вольтамперной характеристики во многом определяет область использования диода в электротехнических и электронных системах. Обозначим на участках вольтамперной характеристики, имеющих различный изгиб, пять точек. Ток и напряжение, характеризующие каждую точку , чвязаны законом Ома, а их отношение равно сопротивлению, называемому статическим сопротивлением. Например, в точке 2

.

Очевидно,что так как вольтамперная характеристика имеет нелинейный характер, то величина статического сопротивления в разных точках различна. Оценить значения статического сопротивления поможет таблица 1.2.

Пусть напряжение в т.2 увеличилось на величину , соответственно ток через диод возрастет на величину . Отношение приращения напряжения на диоде, к приращению тока получило название дифференциального сопротивления.

.

Дифференциальное сопротивление характеризует поведение диода в т.2 при небольшом изменении напряжения в окрестности выбранной точки, а следовательно определяет свойства диода в динамических режимах, в отличие от статического сопротивления , характеризующего свойства диода при неизменном токе и напряжении на диоде.

При анализе важно знание как статического, так и дифференциального сопротивления. Для точек, расположенных правее т.1 , используя (1.2) , получим:

или . Если ток выразить в миллиамперах, то

Таким образом, если рабочая точка расположена на участке между точками 1 и 3, то дифференциальное сопротивление обратно пропорционально току. При токе В таб.1.2 приведены ориентировочные значения наиболее важных, с практической точки зрения, токов, напряжении и сопротивлении.

Таб.1.2

№ точки	Ток	Напряжение	Статическое сопротивление	Дифференциальное сопротивление
1
2	от мА до кА	*
3	Аналогично точке 2.
4	микроамперы	десятки вольт
5	Ограничен внешним сопротивлением	Пробивное напряжение в десятки, сотни, тысячи вольт

Тот факт, что при прямом включении (рис.1.11, т.2,3) сопротивление диода значительно (на порядки) меньше, чем при обратном включении (т.3), используют для выпрямления переменного тока и в диодных ключах. При прямом включении важнейшим параметром является максимально допустимый ток, а при обратном- величина пробивного напряжения. В таб.1.3 описаны основные параметры выпрямительных диодов, которые приводятся в справочной литературе, и в соответствии с которыми выбирают диоды при проектировании электронных схем.

Таб.1.3

№	Параметр	Краткая характеристика параметра
1		Максимально допустимое обратное напряжение, которое диод может выдерживать в течение длительного времени без нарушения работоспособности диода.
2		Средний выпрямленный ток диода - среднее за период значение выпрямленного тока.
3		Средний обратный ток диода - среднее за период значение обратного тока.
4		Средняя рассеиваемая мощность диода - средняя за период мощность, рассеиваемая диодом.
5		Дифференциальное сопротивление

Нелинейный характер вольтамперной характеристики диода, существенно затрудняет расчет схем. По этой причине чаще используют графический метод (если в схеме один диод) или компьютерное моделирование.

При качественном анализе (при так называемом «чтении» схем), в случае, если напряжение приложенное к схеме при прямом включении значительно больше, чем (рис.1.11), а также если, при обратном питании токами через диод можно пренебречь, то вольтамперную характеристику диода идеализируют и представляют двумя отрезками прямых (рис.1.12).

Рис.1.12 Идеализированная (вентильная) вольтамперная характеристика диода

Исходя из вида вентильной характеристики идеального диода, можно считать, что если рабочая точка находится на участке , то диод можно заменить короткозамкнутым участком, а если на участке , то диод представляют как разрыв. В граничной точке 0 ( ), ток, и напряжение равны нулю. В этот момент времени происходит переход рабочей точки с одного участка на другой. Такое представление характеристики позволяет серьезно упростить анализ схем с диодами.