1.5 Дифференциальное сопротивление p-n перехода

Анализ ВАХ p-n-перехода позволяет рассматривать его как нелинейный эле­мент, сопротивление которого меняется в зависимости от величины и полярно­сти приложенного напряжения.

Дифференциальное сопротивление используется для анализа работы п/п прибора при малом сигнале u(t)=u.sint. К диоду также приложено постоянное напряжение смещения U₌. Т.е к диоду приложено суммарное напряжение

U(t)=U₌+u(t),

причем U₌>> u, поэтому режим работы диода (рабочая точка на ВАХ) определяется U₌,

а дифференциальное сопротивление

r_дифф=dU/dI ~ dU₌/dI

Примерная зависимость сопротивления диода от полярности приложенного напряжения показана на рис.1.2

Рис.1.2 Зависимость сопротивления диода от полярности приложенного напряжения

При увеличении и_пр сопротивление p-n-перехода уменьшается.

С изменением полярности и величины U_обр сопротивление p-n-перехода резко увеличивает­ся.

Т.о., прямая (линейная) зависимость между напряжением и током (закон Ома) для p-n-перехода не соблюдается.

Нелинейные свойства p-n-перехода ле­жат в основе полупроводниковых приборов, использующихся для выпрямления переменного тока, ограничения амплитуд и т.д.

2. Выпрямительные диоды

Полупроводниковые диоды по эксплуатационной надежности и сроку службы значительно превосходят все остальные типы вентилей. Поэтому они наиболее широко используются в источниках питания. ВАХ диодов - основная характеристика полупроводниковых диодов.

Эквивалентная схема диода

Представлена на рис.2.1

Рис.2.1 Эквивалентная схема диода на средних частотах

r_б ~ _{T /} I, где I –прямой ток;

_T =26мВ;

r_б - сопротивление базы диода, единицы, десятки [ Ом];

Сд - емкость перехода, единицы, десятки [пФ]

Прямое напряжения диодов не превышает (1-2)В.

Прямое паде­ние напряжения у кремниевых диодов больше, чем у германиевых. Т.о., в выпрямительных устройствах низких напряжений выгоднее применять германиевые диоды.

Но кремниевые диоды имеют во много раз меньшие обратные токи при оди­наковом напряжении, чем германиевые.

Пример: выпрямитель на диоде

Работа полупроводникового выпрямительного диода основана на свойст­ве

p-n-перехода пропускать ток только в одном направлении. Простейшая (однополупериодная) схема выпрямителя на полупроводниковом диоде, рис.2.2:

Рис.2.2: Однополупериодная схема выпрямителя на полупроводниковом диоде

Трансформатор служит для преобразования напряжения, т.е. для получения заданного напряжения на выходе выпрямителя. В этой схеме ток через диод и нагрузку R_H протекает только в положительные полупе­риоды входного напряжения U_ex, и кривая напряжения на нагрузке будет состоять из положительных полуволн синусоиды (при отсутствии конденсатора С), рис.2.3. Установка конденсатора параллельно нагрузке R_H, приводит к сглаживанию пульсирующего напряжения на выходе выпрямителя (пунктирная линия). Чем больше постоянная времени  = R_HC, тем меньше уровень пульсаций выходного напряжения.

Рис.2.3 Напряжения на входе и выходе однополупериодного выпрямителя

Для того, чтобы избежать потери полупериода напряжения используется двухполупериодная схема выпрямителей - схемы со средней точкой и мостовая.

Основные параметры выпрямительного диода

1. Максимально допустимый прямой ток диода Inр. max

2. Прямое напряжение Unp ~ значение прямого напряжения на диоде при заданном значении прямого тока;

3. Максимально допустимое обратное напряжение Uобр.max

4. Максимальная допустимая рассеиваемая мощность Рдоп.max