|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы к числу основных параметров, полупроводниковых диодов относятся: максимально допустимый средний выпрямленный ток вп ср.макс • максимально допустимый постоянный прямой ток диода /пр.макс прямое напряжение дио,аа U„p, измеренное на постоянном токе; максимально допустимое постоянное обратное напряжение Lpgpjjgf.; максимальное значение постоянного обратного тока днода /обр.мако соответствующее обр.макс максимальное значение частоты выпрямляемого напряжения Важным параметром полупроводниковых диодов является также параметр, характеризующий качество переходных процессов их переключения прн смене полярности питающего напряжения и инерционные свойства реальных днодов. Для выяснения физической сущности этого параметра рассмотрим процессы переключения
+ о- -1>- и г, lodp + 0- Рис. 2-1. Статические вольт-амперные (о) характеристики диодов {1 - германиевого, 2 - кремниевого); схемы включения диода в случае прямой {б) н обратной (е) полярности питающего напряжения.. диода в схеме простейшего однополупериодного выпрямителя с активной нагрузкой (рис.- 2-2, о) при скачкообразном изменении питающего напряжения. Пусть в момент времени /i на входе выпрямителя скачком установилось прямое напряжение питания f/ п. В силу инерционности диффузионного движения носителей заряда в диоде ток через него начинает нарастать не мгновенно, а спустя некоторое время - время задержки протекания тока (рнс. 2-2,6). В течение времени задержки к диоду" приложено полное напряжение, а рабочая точка на динамической вольт-амперной характеристике (рис. 2-2, е) перемещается из точки О в точку 1. По мере нарастания тока через диод напряжение на нем уменьшается н рабочая точка на динамической характеристике перемещается нз точки 1 в точку 2. Точка 2 на рнс. 2-2, в характеризует открытое состояние диода: через диод протекает ток нагрузки /„р = /н ~ U„/Rh, а прямое напряжение на нем равно Unp. Диод пропускает ток прямой поляр- ности вплоть до момента h, когда полярность входного напряжения питания изменится на обраткую. Из-за инерционности своего движения носители заряда, накопленные вблизи границ р-п перехода, исчезнуть мгновенно не могут. Поэтому, несмотря на перемену знака входного напряжения, диод еще некоторое время продолжает оставаться открытым (точка 3 на рнс. 2-2, е), и через него в обратном направлении протекает ток, примерно равный I и- Этот ток обусловлен рассасыванием избыточных носителей заряда вблизи границ р-п перехода под действием обратного напряжения.  Рис. 2-2. Простейший выпрямитель на полупроводниковом диоде (а); осциллограммы, иллюстрирующие его работу (б); динамическая вольт-амперная характеристика полупроводникового диода (е). В момент <з р-п переход диода закрывается, ток через него начинает уменьшаться, стремясь в пределе к установившемуся значению /обр. определяемому статической вольт-амперной характеристикой диода (см. рис. 2-1, а). Отрезок времени f вое в течение которого происходит спад импульса обратного тока, называется временем восстановления обратного сопротивления диода. Уменьшение обратного тока сопровождается возрастанием обратного Иапряжения на диоде до амплитудного значения f/обр = - fп- Рабочая точка на динамической характеристике при этом перемещается в исходную точку О, и цикл выпрямления заканчивается. Из рассмотрения процессов в простейшей схеме выпрямителя вытекает, что на этапах рассасывания избыточных носителей заряда в базе диода и восстановления его обратного сопротивления нарушается паше представление о диоде как об идеальном вентиле, не обладающем проводимостью в обратном направлении, кото- рое лежит е основе существующих методов расчета выпрямителей. Инерционные свойства полупроводниковых диодов характеризуются эффективным временем жизни избыточных носителей заряда (эф)- Для рассмотренного выше случая длительность интервала рассасывания (см. рис. 2-2,6) р дКаО.З/дф, а длительность времени восстановления обратного сопротивления диода /вое ~ /эй) In -"- . 2(по-1)/обр где ПагЗ. В том случае, когда R„=0 (что соответствует работе диода на источник э.д.с. или подключению конденсатора параллельно нагрузке), обратный ток через диод в момент его закрывания может во много раз превышать ток нагрузки (рис. 2-3). Амплитуда выброса обратного тока может быть уменьшена посредством умень- Рис. 2-3. Обратный ток через полупроводниковый диОд на этапе рассасывания избыточных носителей заряда в его базовой области при i?h = 0.  шения скорости изменения тока через диод в иктервале рассасывания избыточных носителей заряда внутри диода. Отметим, что при достаточно медленном изменении протекающего тока полупроводниковый диод в процессе своего переключения йз открытого состояния в закрытое своих вентильных свойств не теряет. В этом случае импульсы обратного тока сравнительно большой амплитуды отсутствуют, а диод может рассматриваться как Идеальный вентиль с односторонней проводимостью тока. Данный режим работы диода имеет место при выпрямлении переменного напряжения синусоидальной формы и сравнительно низкой частоты (рис. 2-4). Таким образом, к числу важнейших параметров полупроводниковых диодов в ряде случаев должно быть отнесено значение эффективного времени жизни избыточных неосновных носителей заряда, характеризующее инерционные свойства диодов. Однако до настоящего времени в справочниках по полупроводниковым приборам [2, 4, 5] такие данные отсутствуют. Инерционность реальных полупроводниковых диодов обусловливает зависимость средних значений выпрямленного напряжения и тока, эффективного значения тока через диод и потерь мощности в нем от частоты выпрямляемого напряжения. Очевидно, что такая зависимость будет тем сильнее, чем больше эффективное время жизни* избыточных неосновных носителей в диоде и чем ближе форма выпрямляемого напряжения к прямоугольной. 0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 |