Вольт – амперные характеристики полупроводниковых диодов
Блок 2
Нелинейные электрические цепи постоянного тока
Нелинейные элементы в цепях постоянного тока
Вольт – амперные характеристики нелинейных резисторов
 |
Вольт – амперная характеристика (ВАХ) двухполюсника – это функциональная зависимость между током и напряжением на его зажимах. Например, ток и напряжение на зажимах резистора (линейного) пропорциональны
; коэффициент пропорциональности r называется электрическим сопротивлением резистора. График этой вольт – амперной характеристики–прямая линия, проходящая через начало координат (рис 2.1).
Рис 2.1 Вольт – амперная характеристика линейного резистора
| И 2.1 | Резисторы, вольт – амперные характеристики которых отличаются от прямой линии, относятся к нелинейным резисторам. Другими словами, сопротивление нелинейного резистора изменяется в зависимости от протекающего через него тока. |
Пример 2.1. ВАХ лампы накаливания напоминает по виду квадратичную параболу (рис 2.2). При токе i1 сопротивление лампы
|
|
 |
Рис 2.2. ВАХ лампы накаливания. Сравнение ее сопротивления
при токах i1 и i2
,при токе 
. По геометрическим построениям видно, что 
, следовательно, 
. Сопротивление лампы накаливания увеличивается при возрастании тока.
Пример 2.2. На рис. 2.3 показана ВАХ стабилитрона (одной из газоразрядных ламп). Рабочий участок характеристики нанесен сплошной линией. На нем при значительном изменении тока слабо изменяется напряжение. Стабилитрон используется для стабилизации напряжения на приемниках, нормальная работа которых нарушается при значительных колебаниях напряжения.
|
|
|
 |
Рис. 2.3. ВАХ стабилитрона
 |
Пример 2.3. На рисунке показана ВАХ бареттера (это либо таблетка из полупроводникового материала, помещенного между двумя электродами, либо маленькая лампочка, заполненная водородом). На участке ВАХ между точками 1 и 2 большое изменение приложенного напряжения сопровождается малым изменением тока. Бареттеры используются для того, чтобы уменьшать колебания тока в приемнике при значительных колебаниях напряжения на нем.
Рис. 2.4. ВАХ бареттера
Пример 2.4. ВАХ электрической дуги на участке между точками 1 и 2, соответствующем ее устойчивому горению, (рис. 2.5) по виду напоминает гиперболу; чем больше ток, тем меньше напряжение на дуге. Сопротивление дуги убывает при увеличении тока.
 |
Рис. 2.5. ВАХ электрической дуги
| И 2.2 | Вольт – амперные характеристики нелинейных элементов (резисторов) обычно представляются графиками или таблицами, в которых задаются координаты характерных точек и наклоны прямолинейных участков ВАХ. |
|
|
|
Вольт – амперные характеристики полупроводниковых диодов
Полупроводниковые диоды являются самыми распространенными нелинейными пассивными двухполюсниками. В них используются особенные электрические свойства поверхности раздела двух полупроводников разных типов. Один полупроводник обладает избытком свободных электронов, это полупроводник n - типа (negative – отрицательный). В другом полупроводнике имеет место недостаток свободных электронов, это полупроводник p - типа (positive – положительный). Поверхность раздела таких полупроводников называется
p-n – переходом.
Если к полупроводнику p – типа подключен плюс источника напряжения, а к полупроводнику n – типа минус источника, то говорят о прямом включении p-n – перехода. Если полюса источника поменять местами, то получается обратное включение p-n – перехода. На рис. 2.6 показаны условное обозначение полупроводникового диода и схемы прямого
|
|
 |
Рис. 2.6. Прямое (а) и обратное (б) включение полупроводникового диода
и обратного включения полупроводникового диода.
В случае прямого включения двойной слой электрических зарядов на поверхности p-n – перехода (положительных с одной стороны поверхности и отрицательных с другой) разрушается при напряжении uк порядка нескольких десятых долей вольта, после чего электрическое сопротивление p-n – перехода резко снижается и протекающий через него ток возрастает (рис. 2.7). Полупроводниковый диод обладает низким сопротивлением в прямом направлении, обычно величину этого сопротивления считают пренебрежимо малой и приравнивают нулю.
|
|
|
 |
При обратном включении диода плотность зарядов двойного слоя на
p-n – переходе увеличивается. Теперь двойной слой зарядов препятствует протеканию тока через p-n – переход. Сопротивление диода оказывается
Рис. 2.7. Принципиальная ВАХ полупроводникового диода (u0=-u, i0=-i)
очень большим, обычно его считают бесконечно большим и приравнивают обратный ток i0 нулю (рис.2.7). При напряжении um происходит электрический пробой p-n – перехода, двойной электрический слой разрушается и происходит резкое увеличение обратного тока. Если не ограничить величину тока, то может произойти тепловой пробой
(p-n – переход перегревается и плавится), после которого диод выходит из строя.
Полупроводниковые диоды, предназначенные для прямого включения, используются для выпрямления переменного тока. Они называются полупроводниковыми вентилями (или просто вентилями). В этом случае напряжение um выходит за пределы рабочего диапазона. Диоды, предназначенные для обратного включения, используются для стабилизации напряжения, их называют полупроводниковыми стабилизаторами. Напряжение прямого направления для них практически недопустимо из – за возможного повреждения. (Вентили и стабилитроны имеют разную маркировку. Вентили практически не пригодны для применения в качестве стабилитронов напряжения, а стабилитроны для выпрямления переменного тока.)
|
|
|
Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 136; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!