ВАХ полупроводникового диода
Вах-вах-вах… Обычно эти слова употребляют, рассказывая анекдоты про кавказцев)))
Кавказцев прошу не обижаться – я уважаю Кавказ. Но, как говорится, из песни слов не
выкинешь. Да и в нашем случае это слово имеет другой смысл. Да и не слово это даже,
а аббревиатура.
ВАХ – это вольт амперная характеристика. Ну а нас в этом разделе интересует
вольт амперная характеристика полупроводникового диода.
График ВАХ диода показан на рис. 6.
Рис. 6. ВАХ полупроводникового диода.
На графике изображены ВАХ для прямого и обратного включения диода. Ещё говорят, прямая и
обратная ветвь вольт-амперной характеристики. Прямая ветвь (Iпр и Uпр) отображает
характеристики диода при прямом включении (то есть когда на анод подаётся «плюс»).
Обратная ветвь (Iобр и Uобр) отображает характеристики диода при обратном включении
(то есть когда на анод подаётся «минус»).
На рис. 6 синяя толстая линия – это характеристика германиевого диода (Ge), а
чёрная тонкая линия – характеристика кремниевого (Si) диода. На рисунке не указаны
единицы измерения для осей тока и напряжения, так как они зависят от конкретной марки диода.
Что же мы видим на графике? Ну для начала определим, как и для любой плоской системы
координат, четыре координатных угла (квадранта). Напомню, что первым считается квадрант,
который находится справа вверху (то есть там, где у нас буквы Ge и Si). Далее квадранты
отсчитываются против часовой стрелки.
Итак, II-й и IV-й квадранты у нас пустые. Это потому, что мы можем включить диод
только двумя способами – в прямом или в обратном направлении. Невозможна ситуация,
когда, например, через диод протекает обратный ток и одновременно он включен в прямом
направлении, или, иными словами, невозможно на один вывод одновременно подать и «плюс»
и «минус». Точнее, это возможно, но тогда это будет короткое замыкание))). Остаётся
рассмотреть только два случая – прямое включение диода и
обратное включение диода.
График прямого включения нарисован в первом квадранте. Отсюда видно, что чем
больше напряжение, тем больше ток. Причём до какого-то момента напряжение растёт
быстрее, чем ток. Но затем наступает перелом, и напряжение почти не меняется, а
ток начинает расти. Для большинства диодов этот перелом наступает в диапазоне 0,5…1 В.
Именно это напряжение, как говорят, «падает» на диоде. То есть если вы подключите
лампочку по первой схеме на рис. 3, а напряжение батареи питания у вас будет 9 В,
то на лампочку попадёт уже не 9 В, а 8,5 или даже 8 (зависит от типа диода).
Эти 0,5…1 В и есть падение напряжения на диоде. Медленный рост тока до напряжения
0,5…1В означает, что на этом участке ток через диод практически не идёт даже в
прямом направлении.
График обратного включения нарисован в третьем квадранте. Отсюда видно, что на
значительном участке ток почти не изменяется, а затем увеличивается лавинообразно.
Что это значит? Если вы включите лампочку по второй схеме на рис. 3, то светиться
она не будет, потому что диод в обратном направлении ток не пропускает (точнее,
пропускает, как видно на графике, но этот ток настолько мал, что лампа светиться не будет).
Но диод не может сдерживать напряжение бесконечно. Если увеличить, напряжение, например,
до нескольких сотен вольт, то это высокое напряжение «пробьёт» диод (см. перегиб на
обратной ветви графика) и ток через диод будет течь. Вот только «пробой» - это процесс
необратимый (для диодов). То есть такой «пробой» приведет к выгоранию диода и он либо
вообще перестанет пропускать ток в любом направлении, либо наоборот – будет пропускать
ток во всех направлениях.
В характеристиках конкретных диодов всегда указывается максимальное обратное напряжение –
то есть напряжение, которое может выдержать диод без «пробоя» при включении в обратном
направлении. Это нужно обязательно учитывать при разработке устройств, где применяются диоды.
Сравнивая характеристики кремниевого и германиевого диодов, можно сделать вывод, что
в p-n-переходах кремниевого диода прямой и обратный токи меньше, чем в германиевом
диоде (при одинаковых значениях напряжения на выводах). Это связано с тем, что у
кремния больше ширина запрещённой зоны и для перехода электронов из валентной зоны
в зону проводимости им необходимо сообщить большую дополнительную энергию.
