3. Дифференциальное сопротивление диода

Как видно из рис.6.5, полупроводниковый диод является нелинейным элементом. Это означает, что связь между приложенным напряжением и током нелинейная, и закон Ома для диода не выполняется. Сопротивление диода зависит от приложенного напряжения. В этой связи вводится понятие дифференциального сопротивления

(6.2)

Зависимость силы тока от напряжения, приложенного к диоду, для диодов с плоским p-n переходом достаточно хорошо описывается выражением

, (6.3)

где I_s  величина обратного тока насыщения; R_v  сопротивление того объема полупроводника, который не участвует в образовании p-n перехода; e  элементарный заряд; k  постоянная Больцмана; T  термодинамическая температура. Используя выражение (6.3), дифференциальное сопротивление диода наиболее просто найти, преобразуя (6.2) следующим образом:

(6.4)

Простые вычисления дают следующую формулу для дифференциального сопротивления диода:

(6.5)

Величина kT/e составляет примерно 25 мВ при комнатной температуре. При относительно большом токе I первым слагаемым в (6.5) можно пренебречь, тогда

(6.6)

Следовательно, начиная с некоторого напряжения, сопротивление диода почти целиком определяется сопротивлением объема полупроводника R_v, нелинейное сопротивление контакта становится пренебрежимо малым, а ВАХ  близка к линейной. Это обстоятельство будет использоваться далее для нахождения R_v.

Описание экспериментальной установки

Схема лабораторного макета для изучения полупроводниковых выпрямителей показана на рис. 6.6.

Рис. 6.6.

Все два блока макета питаются от одного трансформатора, включаемого в сеть напряжением 220 В с помощью ключа K₁. Нижний на рис. 6.6. блок предназначен для изучения одно- и двухполупериодного выпрямления с помощью осциллографа, верхний блок  для измерения вольт-амперных характеристик диодов методом вольтметра-амперметра. Буквой Y обозначены клеммы для подключения усилителя осциллографа по входу Y. Изучение полупроводниковых выпрямителей проводится в три этапа.

1. Наблюдение одно- и двухполупериодного выпрямления

Схема устройства для наблюдения выпрямляющих свойств диодов показана на рис. 6.6,б. С помощью ключа K₃ закорачиваем диод D₂ . В этом случае диод D₃ не включен в цепь, на резисторе R₃ будет синусоидальное напряжение, которое наблюдается на экране осциллографа, т.е. выпрямления нет. Амперметр, включенный последовательно с резистором R₃ , не фиксирует переменный ток, так как в макете применен прибор магнитоэлектрической системы.

Если ключ K₃ поставить в среднее положение, то диод D₃ по-прежнему не включен в цепь. Но диод D₂ оказывается включенным в цепь и пропускает ток только в одном направлении. Поэтому на экране осциллографа наблюдается пульсирующее напряжение одного знака, имеет место однополупериодное выпрямление. Амперметр при этом показывает некоторое значение тока.

Если ключом K₃ включить в схему и диод D₃, то в один из полупериодов ток пропускается диодом D₂, в следующий полупериод  диодом D₃. Ток через резистор R₃ в обоих случаях течет в одном направлении, на экране будет наблюдаться пульсирующее напряжение одного знака с удвоенной частотой. Возрастает в два раза и ток через резистор R₃. Такое выпрямление называется двухполупериодным.