Рабочий режим диода.

В практических схемах в цепь диода включается нагрузка и электродвижущая сила:

Прямой ток I_пр в такой схеме может протекать когда на анод подан положительный потенциал. Направление прямого тока указывает остриё стрелки ►.

Режим диода с нагрузкой называется рабочим. Анализ уравнения Шокли показывает, что зависимость I_пр от U_пр является нелинейной, а значит закон Ома даже для такой цепи не может быть применён.

Действительно, расчёт цепи по закону Ома может сводиться к определению I_пр по формуле:

, но U_д зависит от I_пр [U_д = f(I_пр)]

Поэтому для такой цепи применяется графоаналитический метод.

Как правило задача состоит в следующем:

Известно:Е, R_н, и ВАХ диода.

Необходимо найти: I_пр, U_д

Порядок решения.

1. На оси ординат определяется точка при коротком замыкании диода (

(точка А);

2. На оси абсцисс определяется точка при (,тогда U_д =U_пр =E (точка В);

3. Прямая, проходящая через т.А и т.В пересекает ВАХ в т.С (рабочая точка);

4. Проекция точки С: на ось I_пр даёт I_пр.с;

на ось U_пр – U_д; U_R= Е– U_д

Эквивалентные схемы диодов для различных режимов.

Постоянное прямое напряжение

R_ст.пр R₀

R_ст.пр = r_p + r_n + r_p-n

При U_пр ≤ U_к

R_нл

R_ст.пр ≈ r_p-n = R_нл R_нл – велико

ПриU_пр > U_к

R₀ R_нл

R_ст.пр = r_p + r_n + R_нл = R₀ +R_нл

ПриU_пр > 3U_к ; I_пр >> I₀

R₀

R_ст.пр ≈ r_p + r_n = R₀

^(мало)

При |U_обр| > U_к

R_обр

R_ст.обр – велико (R_нл) – R_обр

Обобщённая эквивалентная схема диода

Температурные свойства диодов

Прямая ветвь ВАХ диода изменяется менее значительно, чем обратная. Это обусловлено тем, что проводимость диода в прямом направлении, в основном, зависит от концентрации основных носителей заряда и дополнительная относительная термогенерация электронно-дырочных пар мала, в то время как обратный ток диода обусловлен дрейфом неосновных носителей заряда и поэтому дополнительная относительная термогенерация электронно-дырочных пар велика!

Изменение прямого напряжения на диоде при изменении температуры (при фиксированном прямом токе) оценивается с помощью температурного коэффициента ( )

при I_пр >> I₀, , тогда

;

I₀ – можно считать, что изменяется по формуле удвоения

Для большинства диодов ε ≈ 2,2мВ/град

Выпрямители. Схемы выпрямления.

Выпрямление переменного тока – один из основных процессов в радиоэлектронике. Выпрямление необходимо для выделения постоянной составляющей тока или напряжения из гармонического сигнала, для которого постоянная составляющая за один период колебаний равна нулю.

Такое преобразование возможно только с применением приборов обладающих вентильными свойствами – различными сопротивлениями при изменении полярности сигнала. Полупроводниковый диод относится к элементам с сильно выраженными вентильными характеристиками.

В выпрямительном устройстве энергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока (тока, содержащего постоянную составляющую).

Любой выпрямитель можно рассматривать как потребитель переменного тока и как генератор постоянного тока.

Потребитель Генератор

переменного тока постоянного тока

Схема однополупериодного выпрямителя

Среднее значение периодической функции f(t) за период Т определяется по формуле:

, если ,то U_ср=0 (за период)

– для одной полуволны

– для двух полуволн

Если генератор е_г формирует синусоидальную ЭДС и его внутренним сопротивлением можно пренебречь, то в течение одного полупериода напряжение + → ─ для диода является прямым и через него протекает ток, создающий на нагрузке R_н напряжение U_Rн. В течение другого полупериода напряжение ─ → + для диода будет обратным и ток через него будет отсутствовать (I_обр=I₀≈0).

На нагрузке создаётся напряжение, которое длится полпериода, а полпериода – отсутствует.

Такое выпрямление является однополупериодным, т.е. происходящее в течение одного полупериода.

Недостаток – не используется энергия отрицательной полуволны напряжения. Поэтому

Повышение эффективности выпрямления возможно при двухполупериодном выпрямлении, когда используется энергия обеих полуволн.

Такое выпрямление возможно получить двумя способами:

- с помощью мостовой схемы;

- с помощью трансформатора со средней точкой и двух однополупериодных выпрямителей.