Теоретичні і реальні вольт-амперні характеристики діода Розглядаючи процес роботи ідеальної лампи, роблять допущення:
анод і катод діода плоско паралельні;
відстань між анодом і катодом значно менше довжини анода і катода;
випромінювання електронів при термоелектронній емісії рівномірне по всій площі катода.
Виходячи з цього, закон зміни струму в ідеальному діоді підкорюється закону “степені 3/2” і буде враховувати геометричні розміри і напругу на аноді:
.
Це рівняння показує, що в діоді не виконується закон Ома, тому що вольт-амперна характеристика (ВАХ) нелінійна, що обумовлено наявністю просторового заряду в області катода і його впливом на розподіл поля між анодом і катодом.
Ця залежність в загальному виді буде справедлива для любого діода з різною формою електродів, і в скороченому вигляді її можна записати так:
,
де К – коефіцієнт, що враховує всі особливості і геометричні розміри діода.
Із цього рівняння випливає, що в ідеальному діоді вольт-амперна характеристика не має насичення до безконечності. У реальному діоді струм обмежується катодним струмом термоелектронної емісії, і при умові, що Іа=Ік=Іе, відбудеться насичення, і струм змінюватися не буде, а збільшення можливе тільки за рахунок вторинної емісії анода та за рахунок автоелектронної емісії при сильному електричному полі із активного шару катода.
Р
исунок
6. Вольт-амперні характеристики ідеального
та реального діода.
При цьому можна зробити наступні висновки:
У ідеальному діоді відсутній просторовий заряд, і початкова швидкість електронів прийнята рівною нулю. У реальному діоді біля катода існує просторовий заряд і мінімум потенціалу, а електрони мають різну початкову швидкість. Це приводить до того, що частина електронів, яка має малу кінетичну енергію, повертається на катод. Ті, які мають велику кінетичну енергію і при напрузі анода Ua=0 досягають анода, створюють анодний струм. За рахунок цього в реального діода вольт-амперна характеристика починається не з початку координат, і ідеальну характеристику повторює реальна вольт-амперна характеристика в невеликих межах.
В ідеальному діоді прийнято рівномірне випромінювання електронів всією площею катода. У реальному діоді температура катода по всій довжині різна. Найвища температура посередині, а найменша по краях біля траверз, які підтримують катод.
У ідеального діода прийнято не враховувати зміну потенціалу катода. У реальному діоді катод має загальний вивід, по ньому проходить струм, а відповідно вздовж катода змінюється потенціал, в результаті чого необхідно збільшити роботу виходу і враховувати це при розрахунку струму термоелектронної емісії:
В ідеальному діоді зворотний струм рівний нулю Ізв =0. У реальному діоді за рахунок різної швидкості електронів при напрузі анода рівній нулю Ua=0 існує струм, і для того, щоб струм був рівний нулю, необхідно подати на анод негативний потенціал. В цьому випадку мінімум потенціалу поступово наблизиться до анода і при деякій напрузі анода Ua досягне анода. Цей режим називається режимом гальмуючого поля. Тому електрони, які мають найбільшу швидкість, досягнуть анода і не повернуться на катод, створюючи зворотний струм діода.