Вольт-амперная характеристика диода

Режим работы диода определяется его вольт-амперной характеристикой. Типовая характеристика диода представлена на рис. 3.

Рис. 3. Типовая вольт – амперная характеристика диода

Характеристику диода (при прямом включении) можно аппроксимировать с помощью экспоненциальной функции: . Здесь обратный ток насыщенияI_s  10^-11А (для кремниевых диодов) и10^-7 А (для германиевых), коэффициент эмиссии n  1…2 и температурное напряжение U_T = kT/q  26 мВ при комнатной температуре. У реальных диодов характеристики отличаются от идеальных за счет наличия омического сопротивления тела полупроводника и выводов, что сказывается на прямой ветви характеристики, и токов утечки из-за загрязнений поверхности кристалла.

При больших обратных напряжениях, начиная с некоторого предела, сопротивление диода резко падает и наступает пробой перехода. Именно этот участок обратной ветви вольт-амперной характеристики, который идет почти параллельно оси токов, используется в качестве рабочего у стабилитронов. При этом характер пробоя может носить как лавинный, так и туннельный характер. Величина напряжения пробоя определяется удельным сопротивлением материала исходного полупроводника и видом механизма пробоя.

Основные параметры диода

• Постоянное прямое напряжение U_пр – постоянное напряжение на диоде при заданном прямом токе.

• Постоянный прямой ток I_пр – постоянный ток, протекающий через диод в прямом направлении.

• Постоянный обратный ток I_обр - постоянный ток, протекающий через диод в обратном направлении при заданном обратном напряжении.

• Средний прямой ток I_пр.ср. – прямой ток, усредненный за период.

• Средний обратный ток I_обр.ср. – обратный ток, усредненный за период.

• Дифференциальное сопротивление диода r_диф – отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока.

• Рабочая частота – частота, при которой обеспечиваются заданные токи, напряжение и мощность.

Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Стабилитрон (диод Зенера) – полупроводниковый диод, предназначенный для стабилизации напряжения в источниках питания. Условное обозначение стабилитрона приведено на рис. 4. По сравнению с обычными диодами стабилитрон имеет достаточно низкое регламентированное напряжение пробоя (при обратном включении) и может поддерживать это напряжение на постоянном уровне при значительном изменении силы обратного тока.

Рис. 4. Условное обозначение стабилитрона

Материалы, используемые для создания p-n-перехода стабилитронов, имеют высокую концентрацию примесей. Поэтому, при относительно небольших обратных напряжениях в переходе возникает сильное электрическое поле, вызывающее его электрический пробой, в данном случае являющийся обратимым (если не наступает тепловой пробой вследствие слишком большой силы тока).

Типовая статическая вольт-амперная характеристика стабилитрона представлена на рис. 5.

Рис. 5. Вольт-амперная характеристика стабилитрона

Обратная ветвь характеристики стабилитрона имеет крутой излом, обусловленный резким ростом тока. Этот излом соответствует напряжению стабилизации U_ст. При достижении напряжения стабилизации обратный ток резко возрастает. Эффект стабилизации основан на том, что большое изменение тока вызывает малое изменение напряжения . Стабилизация тем лучше, чем круче идет эта кривая и, соответственно, чем меньше дифференциальное внутреннее сопротивление.

Диапазон рабочих токов стабилитрона снизу ограничен минимальным током стабилизации I_{ст мин}, определяемым началом пробоя, а сверху – максимальным током стабилизации I_{ст макс}, определяемым допустимой мощностью рассеяния прибора.