Характеристики и параметры выпрямительных диодов

Основное свойство p-n- переходов – односторонняя проводимость – используется в выпрямительных диодах, предназначенных для преобразования переменного тока в постоянный.

В качестве полупроводниковых материалов для выпрямительных диодов используют германий и кремний. В выпрямительных диодах используются плоскостные несимметричные p-n- переходы, причем для германиевых диодов они создаются главным образом сплавным способом, а для кремниевых – сплавным и диффузионным. Для выпрямительных диодов характерно, что они имеют малые сопротивления в проводящем состоянии, поэтому позволяют пропускать большие токи. Так как площадь p-n- перехода большая, то барьерная емкость этих диодов будет большой, достигая значений десятков пикофарад.

Полупроводниковые выпрямительные диоды обычно характеризуются следующими основными параметрами, показанными на рис. 5.4:

1. Постоянный обратный ток I_обр (мкА; мА) при некоторой величине постоянного обратного напряжения U_обр;

2. Постоянное прямое напряжение U_пр при постоянном прямом токе I_пр (мА; А).

При серийном выпуске выпрямительных диодов в технических условиях на них указываются средние значения параметров: I_{обр. ср.} при U_{обр. ампл. макс.} и среднее прямое напряжение диода U_{пр. ср.} при I_{пр. ср. макс.} (табл. 5.1).

В технических условиях на выпрямительные диоды приводятся предельно допустимые электрические режимы эксплуатации (табл. 5.2).

Таблица 5.1

Основные электрические параметры при различной

температуре окружающей среды диодов типа КД203

Таблица 5.2

Предельно-допустимые электрические режимы

эксплуатации диодов типа Д242

Сравним вольт-амперные характеристики двух выпрямительных диодов малой мощности: германиевого диода типа Д311 и кремниевого диода типа КД521 (рис. 5.5). Эти диоды предназначены для работы в одном и том же диапазоне токов и напряжений и поэтому в определенной степени их можно считать аналогами.

Рис. 5.4. Вольт-амперная характеристика и основные параметры выпрямительного диода

На рис. 5.5 наглядно видно, что кремниевые диоды имеют существенно меньшие обратные токи, но прямое падение напряжения у кремниевых диодов больше, чем у германиевых. Эти различия можно объяснить большей шириной запрещенной зоны у кремния. При нормальной температуре у германиевых диодов пробивные напряжения лежат в пределах 100 – 400 В. У кремниевых диодов это напряжение может достигать 1000 – 1500 В. Падение прямого напряжения на кремниевом диоде при протекании через него номинального прямого тока составляет 0,8÷1,5 В, а у германиевых диодов - 0,3 ÷ 0,5 В.

Вольт-амперные характеристики полупроводниковых выпрямительных диодов зависят от температуры окружающей среды (рис. 5.6). С увеличением температуры увеличивается обратный ток диода, так как увеличивается тепловой ток и ток термогенерации. С увеличением температуры прямой ток диода увеличивается, что следует из выражения (4.1), где перед скобками стоит множитель I_о, возрастающий с увеличением температуры.

Рис. 5.5. Сравнительные вольт-амперные характеристики германиевого (– ·– – Д311) и кремниевого (–––– КД521) диодов

Но при больших рабочих температурах (например, свыше 75 ^оС для кремниевых диодов типа Д243 средний прямой ток уменьшается в два раза) основную роль начинает играть электропроводность базы диода, которая начинает уменьшаться с увеличением температуры.

При увеличении температуры величина напряжения лавинного пробоя у кремниевых диодов увеличивается, что происходит из-за теплового рассеяния подвижных носителей заряда и уменьшения средней длины их свободного пробега в p-n- переходе. В германиевых диодах с ростом температуры обратный ток значительно увеличивается, а величина напряжения пробоя зависит от вида пробоя: в случае теплового пробоя она падает с увеличением температуры перехода, в случае лавинного пробоя растет.

	T1 T2

Рис. 5.6. Зависимость вольт-амперных характеристик для германиевых и кремниевых диодов от температуры (T1 – нормальная температура; T2 > T1)