Постоянное прямое напряжение

От величины Unp, как уже указывалось, зависит величина рассеиваемой диодом мощности и, следовательно, экономичность выпрямитель­ного устройства. У современных выпрямительных диодов величина Unp при всех значениях рабочих токов не превы­шает 1 в для германиевых и 1,5 в для кремниевых приборов.

При постоянном прямом токе величина падения напря­жения на диоде с ростом температуры уменьшается. При малых прямых токах, примерно 1 — 2 ма, прямое падение напряжения на диоде уменьшается по линейному закону. Это подтверждается экспериментальными зависимостями, показанными на рис. 4.3. Как у германиевых, так и у крем­ниевых диодов ТКН лежит в пределах 1,2 — f — Змв/град.

Зависимость прямого падения напряжения оттемперату-ры должна учитываться при выборе типа диода для уст­ройств, работающих в широком интервале температур.

Метод измерения напряжения Unp описан в § 2.3.

Постоянный обратный ток. Рассмотрим основные факторы от которых зависит величина каждой из трех составляющих обратного тока диода (§ 1.2) при напряжениях, далеких от области пробоя.

Значение теплового тока /0 (или обратного тока насыще­ния) пропорционально величине п, — . Поскольку для крем­ния собственная концентрация щ намного меньше, чем для германия (приблизительно на 3 порядка), то тепловой ток кремниевых диодов при одной и той же температуре на 6 — 7 порядков меньше, чем германиевых при одина­ковой цлощади перехода.

Зависимость теплового тока /0 от температуры Т экспо­ненциальная:

/0 = Ле 5\(4.1)

где А — коэффициент, слабо зависящий от температуры; В — постоянная величина.

Приближенные расчеты показывают, что тепловой ток удваивается у германиевых диодов на каждые 7 — 10°, у кремниевых — на каждые 8 — 12° С приращения темпе­ратуры окружающей среды.

Ток термогенерации Ig при нормальной температуре у германиевых диодов пренебрежимо мал по сравнению с тепловым током. У кремниевых диодов,, наоборот, ток Ig превышает тепловой в сотни раз. Величина тока Ig прибли­зительно пропорциональна значению ~j/t/06p и увеличивается с ростом температуры [2].

В отличие от токов /0 и Ig, текущих через всю площадь р-п перехода, третья составляющая обратного тока — ток утечки /у, обусловлена проводимостью поверхности крис­талла в области выхода наружу перехода. Поверхностная проводимость вызывается многими факторами, которые трудно учитывать и контролировать при изготовлении дио­дов. К этим факторам относятся [ 1 ]: нарушение правиль­ности кристаллической решетки на поверхности кристалла, наличие окисных пленок, концентрирующих молекулы воды и других веществ, различного рода загрязнения по-

верхности, в той или иной мере неизбежные в процессе из­готовления, и др. На эквивалентной схеме диода ток утечки отражается включением параллельно р-п переходу активного сопротивления RyT.

Ток утечки в реальных выпрямительных диодах дости­гает значительной величины, превышающей сумму токов /0 и Ig. Это приводит к тому, что обратный ток у кремниевых диодов приближается по величине к обратному току гер­маниевых диодов, отличаясь от него всего на 1,5 — 2 поряд­ка

Для иллюстрации влияния токов /0и/уна обратную ветвь вольтамперной характеристики выпрямительных диодов на рис. 4.4 показаны области обратных токов усред­ненных характеристик германиевого диода Д7 и кремние­вого Д207, имеющих приблизительно одинаковые размеры р-п перехода

Слабый наклон обратных характеристик германиевого диода Д7 свидетельствует о том, что основную часть обрат­ного тока составляет независящий от напряжения ток /0; Характеристики диода Д207 имеют сильный наклон; основ­ными составляющими обратного тока являются токи Ig и /у.

Значительная величина тока /у у тех и других диодов приводит к тому, что температурные зависимости их обрат­ных токов в сильной степени отличаются от упомянутого выше закона «удвоения». Ток утечки, увеличивая абсолют­ную величину /обр, ослабляет его зависимость от темпера­туры. Ток утечки является также основной причиной неста бильности обратного тока во времени. Зависимость обрат­ного тока от температуры для маломощного диода типа Д217 показана на рис. 4.5. Схема измерения обратного тока

диодов изображена на рис. 2.10. По этой же схеме можно производить исследование нестабильности обратного тока: вместо измерителя тока включают самопишущий прибор нужной чувствительности и определяют абсолютную вели­чину максимального изменения /0бР в течение заданного интервала времени.

Дифференциальное сопротивление  для. прямой ветви характеристики выпрямительного диода приблизительно равно сопротивлению базы.

Действительно, из выраже­ния для вольтамперной ха­рактеристики с учетом сопро­тивления базы при Г=300° К имеем значение сопротивления Гб современных выпрямитель­ных диодов равно примерно 1 ом. Следовательно, при то­ках 0,2 — 0,3 а первым слагаемым в выражении (4.2) можно пренебречь.

Дифференциальные сопротивления диода в прямом и обратном направлении, а также часто используемые при расчетах сопротивления постоянному току можно определить по статическим вольтамперным харак­теристикам графо-аналитическим способом.

Методика экспериментального определения величины R"описана в гл. 5.

Среднее значение прямого падения напряжения перед­нее значение обратного тока. При работе диода в схеме вы­прямителя форма импульса тока через диод сильно отли­чается от формы импульса прямого падения напряжения на диоде. Причиной этого является нелинейность вольтампер­ной характеристики диода. Даже при достаточно точном • аналитическом представлении вольтамперной характеристики вычисление среднего значения падения напряжения на диоде весьма затруднительно. Поэтому величину Unp ср зада­ют в качестве параметра выпрямительного диода при номи­нальном токе.

Среднее значение обратного тока /обрср при макси­мально допустимой амплитуде обратного напряжения является характеристикой запертого вентиля. Величина /обРсР увеличивается с ростом тока /ПрСР, так как, чем больше амплитуда импульсов прямого тока, тем выше температура нагрева р-п перехода и больше величина обратного тока. Ток /0бРсР увеличивается также .с ростом частоты приложенного напряжения. Схема измерения па­раметров диода Unp ср и /0бр Ср изображена на рис. 4.6. Эта схема имитирует работу диода в режиме однополу-пер йодного выпрямления. Нужный режим диода устанав­ливается с помощью генераторов напряжения ГН и тока ГТ.

Переключатели П± и Я2 служат для коммутации цепей прямого тока и обратного напряжения. Переключение должно происходить в моменты равенства нулю тока или напряжения с запаздыванием или опережением не более 1 тек при частоте 50 гц. Задержка или опережение момента переключения на время, превышающее указанную величину, приведет к значительной ошибке при измерениях величин Unp ср и /обр ср. В качестве переключателей /7t и П2 обычно используют электромеханическое реле. На обмотки реле через регулируемые фазокорректирующие RC -цепи подается напряжение той же частоты, на которой произ­водится измерение.

При измерении тока /обр ср необходимо помнить что амплитуда обратного напряжения не должна превышать величину t/обрмакс, которой соответствуют показания из­мерителя ИНг;

Схему измерения рис. 4.6 можно использовать для наблю­дения динамических вольтамперных характеристик на экране электронного осциллографа. Для этого последо­вательно с диодом включают калиброванный резистор R с небольшим сопротивлением и напряжение с него подают на вход усилителя вертикального отклонения осциллографа. На вход усилителя горизонтального отклонения подается напряжение, снимаемое непосредственно с диода ИД. При этих измерениях генератор развертки осциллографа должен быть выключен.

Перед измерением динамических параметров Unp Ср и /обр сР выпрямительных диодов средней и большой мощности они должны быть установлены на теплоотводящих шасси соответствующей площади. В течение некоторого времени после включения диода в номинальный режим величина обратного тока может немного увеличиваться. Это связано с постепенным прогревом диода и теплоотвода и не может расцениваться как нестабильность обратного тока, о кото­рой упоминалось выше.