§3. Полупроводниковые диоды, их свойства и назначение.

П олупроводниковым диодом называется прибор, состоящий из двух полупроводников с различными типами проводимости. Электрические характеристики диодов определяются электрическими свойствами p-n-перехода.

Условное обозначение диода приведено на рис. 8а, а его вольт-амперная характеристика – на рис. 8б. Нелинейные свойства диода видны при рассмотрении его вольт-амперной характеристики (ВАХ).Она показывает, что прямой ток равен десяткам миллиампер при напряжении порядка десятых долей вольта. Поэтому прямое сопротивление диодов не выше десятков Ом. Участок характеристики для обратного тока, малого по сравнению с прямым током, обычно показывают в другом масштабе. У диодов небольшой мощности обратный ток при обратном напряжении до сотен вольт составляет единицы или десятки микроампер. Это соответствует обратному сопротивлению до сотен кОм.

Характеристика прямого тока в начале имеет значительную нелинейность. Но при порядка десятых долей вольта запирающий слой практически исчезает и характеристика становится почти линейной.

О братный ток при увеличении обратного напряжения быстро возрастает. Это вызвано резким снижением диффузионного тока, который направлен навстречу току проводимости: . При дальнейшем повышении , ток растет незначительно, наступает явление, напоминающее насыщение.

При некотором значении возникает пробой p-n-перехода, при котором обратный ток резко возрастает, а сопротивление p-n-перехода резко уменьшается. Следует различать электрический и тепловой пробой p-n-перехода. Электрический пробой, область которого на ВАХ обозначается АБВ, является обратимым. Работа диода в этом режиме допустима. Полупроводниковые стабилитроны, предназначенные для стабилизации напряжения, работают на участке БВ характеристики.

Область теплового пробоя (ВГ) показана на рис. 8б штриховой линией. Тепловой пробой необратим, т. к. он сопровождается разрушением p-n-перехода.

Свойства полупроводниковых диодов сильно зависят от температуры. При повышении температуры возрастает генерация пар носителей заряда, т. е. увеличивается концентрация носителей и растет проводимость.

§3.1. Применение полупроводниковых диодов для выпрямления переменного тока.

Выпрямление переменного тока является одним из основных процессов в радиоэлектронике.

Так как диоды обладают свойством односторонней проводимости, то основным назначением для диодов является выпрямление переменного тока.

На рис. 9,а показана простейшая схема выпрямителя, на рис. 9,б – график, поясняющий работу выпрямителя. Простейший выпрямитель – однополупериодный, однофазный.

Н а диод VD со вторичной обмотки трансформатора подается напряжение , изменяющееся по гармоническому закону:

.

Во время положительного полупериода (рис. 9б) напряжение на диоде является прямым, диод открыт, через него проходит ток, создающий падение напряжения на резисторе . В течение следующего полупериода напряжение является обратным, диод закрыт, тока практически нет и . Таким образом, на сопротивлении нагрузки создается пульсирующее выпрямленное напряжение. Его среднее значение равно:

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения применяют сглаживающие фильтры.

Основным достоинством однополупериодной схемы является ее простота.