Ємність діода

Для діода характерна бар’єрна й дифузійна ємність. Бар’єрна ємність визначається як

де – об’ємний заряд, що створюється іонізованими атомами донорної та акцепторної домішки;– зворотна напруга.

Бар’єрна ємність зростає при збільшенні площі p-n-переходу, діелектричної проникності й зменшенні товщиниp-n-переходу.

Особливістю бар’єрної ємності є те, що вона змінюється нелінійно. Залежність бар’єрної ємності від зворотної напруги наведена на рис. 24.

Рис. 24

Дифузійна ємність з’являються при наявності прямих напруг і зростає зі збільшенні прямих напруг, і також є нелінійною. Значення дифузійної ємності на порядок більші за значення бар’єрної.

Дифузійна ємність визначається як

де – заряд, що утворюється уn-області за рахунок дифузії носіїв через переход;– пряма напруга.

Еквівалентна схема напівпровідникового діоду

Рис. 25

На рис.25: – ємність виводів;– сумарний опірn- таp-областей;– нелінійний опірp-n-переходу;– дифузійна та бар’єрна ємності відповідно.

Наведена схема у різних випадках має вигляд (рис.26): 1 – низькі частоти, пряма напруга; 2 – низькі частоти, зворотна напруга; 3 – високі частоти, пряма напруга; 4 – високі частоти, зворотна напруга.

Рис. 26

Температурні властивості напівпровідникових діодів

Рис. 27

Властивості діода значною мірою залежать від температури,

Прямий струм за нагрівання росте не так сильно як зворотній. Це пояснюється тим, що прямий струм виникає за рахунок домішкової провідності, а концентрація атомів у домішці від температури не залежить. Незначний приріст прямого струму обумовлений генерацією власних носіїв заряду.

Розрахунок робочого режиму діода

Робочим режимом діоданазивають роботу діода на навантаження. Схема ділянки кола з діодом за даного режиму роботи має вигляд, представлений на рис.28.

Рис.28

За заданих напруги джерелаопору навантаженнята ВАХ діода (рис29,а) знайти струм у коліIта напругу на діоді.

Рис. 29

Беремо пряму вітку ВАХ діода й малюємо криву, що пов’язує струм й напругу на навантаженні. Згідно закону Ома

.

Точка А має координати ; точка Б. Розв’язком задачі є точка перетину ВАХ діода та прямої АБ.

Випрямні діоди

Випрямний діод– це напівпровідниковий прилад, призначенням якого є перетворення змінного струму у постійний.

Принцип дії випрямного діоду базується на властивості p-n-переходу проводити струм тільки у одному напрямку – додатному.

Найбільш поширеними є випрямні діоди із кремнію та германію, але найбільшого поширення набули кремнієві.

Параметр	Германієві діоди, Ge	Кремнієві діоди, Si
	мА	мкА
Робочі температури
Вартість	дорожчі	дешевші

Основні параметри, що характеризують випрямний діод

1. –максимальне значення прямого струму.

2. Падіння напруги на діоді при заданому значенні прямого струму. Для германієвих діодів, кремнієвих діодів.

3. Максимально припустима постійна зворотна напруга діода .

4. Зворотній струм за завданої зворотної напруги.

5. Бар’єрна ємність діода .

6. Діапазон частот, в якому значення випрямленого струму не зменшується нижче завданого рівня.

7. Робочий діапазон температур.

Найпростіша схема для випрямлення змінного струму має вигляд, наведений на рис.30, і носить назву однонапівперіодної схеми випрямлення

Рис.30

Розглянемо принцип дії даної схеми.

Генератор подає у коло напругу (рис.31,а), що змінюється за законом. Припустимо, що внутрішній опір джерела енергії

Протягом одного напівперіоду напруга діоду є прямою, і у колі протікає струм, що створює на резисторі падіння напруги .

Рис. 31

Протягом наступного напівперіоду напруга є зворотною, струму практично немає, і . Тобто у колі буде протікати пульсуючий струм у вигляді імпульсів, що тривають протягом напівперіоду, і проміжок між якими теж становить напівперіоду(рис.31,б). Цей струм називаютьвипрямленим струмом.

Форма імпульсів близька до напівсинусоїди. Випрямлений струм створює випрямлену напругу (рис.31,в).

На рис.31,г проілюстровано форму напруги на діоді, що має несинусоїдальну форму: нерівність амплітуд додатних й від’ємних півхвиль пояснюється тим, що за проходження прямого струму більша частина напруги джерела спадає на навантаження, опір якого значно більший за опір діода, . За від’ємної напівхвилі напруги, струму у колі немає, падіння напруги на навантаженні дорівнює нулю, і вся напруга прикладена до діода.

З рис.31,в) наочно випливає, що досить сильно пульсує. Корисною складовою пульсуючої напруги є її постійна складова(математичне очікування). Для напівсинусоїдного імпульсу з максимальним значенням, середнє значення

.

Для періоду

.

Віднімаючи від випрямленої пульсуючої напруги її середнє значення, отримаємо змінну складову , яка має несинусоїдальну форму (рис.32).

Рис.32

Тривалості додатних й від’ємних напівхвиль неоднакові, але площі під ними є рівними. Змінна складова є шкідливою, і від неї потрібно позбавлятися.

Найпростішим методом зменшення змінної складової є застосування фільтру. Зазвичай це роблять за допомогою паралельного підключення конденсатора досить великої ємності до навантаження (рис.33).

Рис.33

Роботу такого випрямляча з конденсатором, що згладжує пульсації, ілюструють графіки, наведені на рис.34.

Рис.34

Протягом деякої частини додатного напівперіоду, коли напруга на діоді пряма, крізь діод протікає струм, який заряджує конденсатор до напруги, близької до .

Напруга на діоді . Оскількимайже досягає значення, тостає прямою тільки протягом частини додатного напівперіоду, коли. У ці невеликі проміжки часу через діод проходить струм у вигляді імпульсів. Протягом іншої частини додатного напівперіоду й протягом від’ємного напівперіоду, напруга діодазворотна, струм відсутній, й конденсатор розряджається на навантаження, і створює на ньому напругу, що поступово, зменшується. У кожний наступний додатний напівперіод конденсатор під заряджується, і його напруга знову зростає. Внаслідок того, що тривалість заряду й розряду неоднакова, пульсації незначні.