Еквівалентні схеми діодів

У розрахунках радіотехнічних схем діод доводиться представляти у вигляді еквівалентної схеми, що складається з елементарних елементів R, C, L, а при необхідності - джерел струму і напруги. З метою спрощення розрахунків модель повинна містити тільки мінімально необхідне число елементів, що відбивають лише головні фізичні процеси в діоді.

Зокрема, при роботі на постійних токах і НЧ еквівалентна схема повинна враховувати опір замикаючого шару p-n переходу RП, яка залежить від зсуву і опору бази rб (рис. 7).

В області середніх і високих частот, а також в імпульсному режимі додатково необхідно враховувати залежність ємності діода від напруги зсуву (рис. 8).

Робота діодів з навантаженням

У практичних схемах в ланцюг діодів включається навантаження - резистор RН. Режим роботи діода з навантаженням називається робочим режимом.

Розрахунки робочого режиму полягає у визначенні струму I в ланцюзі і напруги на діоді UД по відомим Е, RН і ВАХ діода. Так як не вдається отримати явну рішення рівняння Кірхгофа E = IRН + UД. де I = f (UД), розрахунок виконується графічно. Для RН дотримується закон Ома: (1)

з іншого боку з ВАХ діода слід I = f (UД). (2)

Система з двох рівнянь (1) і (2) вирішується графічно (рис. 9). У координатах I-U зображує ВАХ діода і графік функції (1) (при I = 0; U = E - точка A; при UД = 0; I = E / RН точка Б).

Рівняння (1) визначає лінію навантаження діода. Координати точки перетину графіків I *. U * дають шукане рішення задачі розрахунку робочого режиму, тобто струм в ланцюзі I = I * і напруга на діоді UД = U *.

Випрямний діод - напівпровідниковий діод, призначений для випрямлення напруги змінного струму.

Випрямні діоди використовують як вентилів - елементів з однобічну провідність. Основне їх застосування випрямлення струмів з частотою до одиниць кГц.

Найпростіша схема однополупериодного випрямлення і процеси формування вихідної напруги показані на рис. 10.

Під час позитивної напівхвилі напруги e (t) через навантаження RН протікає імпульс прямого струму з амплітудою Im.

При впливі негативної напівхвилі напруги e (t) через діод протікає малий зворотний струм Iобр.

Таким чином, через навантаження протікає пульсуючий струм, у вигляді імпульсів, які тривають підлогу періоду і розділених проміжком також в половину періоду.

У більш складних двухполуперіодних випрямлячах енергія джерела e (t) використовується більш раціонально. Схема такого випрямляча представлена ​​на рис. 11.

В результаті через RН при впливі кожного напівперіоду напруги e (t) протікає імпульс струму однієї полярності. Це дозволяє досягти більшого значення середнього випрямленого струму Iср (рис. 12).

Як параметри випрямних діодів в довідниках наводяться параметри Uпр. при фіксованому струмі Іпр. а також граничні параметри Iпрmax. Uобрmax.

Амплітуда випрямляється напруги Um обмежена Uобрmax. При необхідності випрямлення більш високих напруг застосовують послідовне з'єднання діодів (рис. 13).

Однак, внаслідок розкиду зворотного опору діодів, падіння напруги на діодах розподіляється не рівномірно, що може привести до послідовного пробою всіх діодів ланцюга. Для вирівнювання напружень діоди шунтируют однаковими опорами Rш

Для підвищення максимального прямого струму іноді застосовують паралельне з'єднання діодів (рис. 14). При цьому також внаслідок розкиду характеристик спостерігається нерівномірний розподіл струмів.

Для вирівнювання струмів послідовно з діодами підключають резистори R опір не більше 1 Ом. Додаткові опори визначаються підбором.

Напівпровідникові діоди широко використовуються в якості ключа - пристрою, що має два стани: включене і вимкнене. Час зміни стану діода повинно бути мінімальним, тому що воно визначає швидкодію діода. Діоди, призначені для роботи в режимі ключа, називаються імпульсними.

Розглянемо роботу діода при впливі прямокутного імпульсу напруги (рис. 15).

При прямому зміщенні p-n переходу відбувається інжекція неосновних носіїв заряду з емітера (n +) в базу (p) діода. Тому концентрація неосновних носіїв np перевищує рівноважну концентрацію np0. При перемиканні зміщення з прямого на зворотний неосновні носії не можуть рекомбінувати миттєво, починається зворотний рух носіїв: інжектовані носії повертаються до переходу, створюючи при цьому струм Iобр. який може значно перевершувати струм насичення Iо. З плином часу концентрація неосновних носіїв прагне до рівноважної через повернення їх через перехід і рекомбінації. У міру розсмоктування неосновних носіїв струм прагне I0 і досягає його значення протягом часу tвосс. званого часом відновлення зворотного опору діода. За цей час з тіла бази діода виводиться заряд неосновних носіїв, який називається зарядом перемикання.

Друга причина виникнення імпульсу зворотного струму - заряд бар'єрної ємності переходу.

При подачі на діод імпульсу струму, напруга на діоді встановлюється через час tуст. яке називається часом встановлення прямого опору діода (рис. 16).

Зниження напруги на діоді обумовлено процесом накопичення неосновних носіїв в базі діода, що призводить до поступового зниження опору діода при прямому зміщенні. Після закінчення імпульсу струму напруга на діоді спадає в міру розсмоктування неосновних носіїв і розряду дифузійної ємності діода.

Таким чином, швидкодія напівпровідникових приладів визначають процеси накопичення і розсмоктування неосновних носіїв, а також процеси перезарядження ємкостей переходу. Збільшення швидкодії або зниження tуст і tвосс можна досягти знижуючи tp і tn. а також Cб і ЦД. Тривалість перемикання залежить також від співвідношення Іпр / Iобр. тому чим більше Іпр. тим більше накопичується неосновних носіїв в базі. Обмежуючи прямий струм через діод можна істотно скоротити час перемикання діода.

Імпульсні діоди характеризуються величинами прямого і зворотного імпульсних струмів, які значно перевищують безперервні струми.

Швидкодія діода як ключа характеризують tуст і tвосс.

Точкові діоди, володіючи малою ємністю переходу, до 5 пф.

Схожі статті