Charakteristika polovodičových diod

Proudově napěťová charakteristika polovodičové diody je na Obr. 76. S rostoucím napětím ve směru vedení diody (tzv. propustné napětí) se prudce zvyšuje propustný proud zařízením. Při opačné polaritě přiloženého napětí (tzv. zpětné napětí) vzniká saturační proud I0 – zpětný proud n-p přechodem prakticky nezávislý na hodnotě zpětného napětí.

Při pokojové teplotě je q/kT přibližně rovno 40 1/v a vzorec (88) bude mít formu I = I 0 (e 40U-1). (89) Ze vzorce (89) vyplývá, že při kladném (stejnosměrném) napětí přivedeném na n-p přechod, počínaje napětím v řádu 0,04-0,05 V, je exponenciální člen eoi mnohem větší než jednota a proud přes n – p-přechod se bude s rostoucím napětím prudce zvětšovat.

Naopak při záporných (reverzních) napětích bude exponenciální člen e – 40U = 1/e 40U mnohem menší než jednota, lze jej zanedbat a můžeme předpokládat, že proud procházející polovodičovou diodou, tedy zpětný proud , se rovná proudu procházejícím n – p-přechodem bez vnějšího napětí. Pokud zpětné napětí překročí povolené maximální napětí U rev.max, dojde k přehřátí a zničení diody. Čím větší je délka záporné větve charakteristiky proud-napětí, tím větší je schopnost diody odolávat zpětnému napětí bez průrazu. K průrazu dochází v důsledku skutečnosti, že pod vlivem silného elektrického pole se elektrony uvolňují z kovalentních vazeb, zvyšují svou energii a pohybují se vyšší rychlostí uvnitř polovodiče a ionizují jeho neutrální atomy. Objevují se nové volné elektrony a díry, což vede k lavinovitému nárůstu zpětného proudu a následně k přehřívání n-p přechodu. Odpor n-p přechodu proti střídavému proudu v daném bodě proudově-napěťové charakteristiky je určen jeho strmostí a lze jej určit derivačním výrazem (88): (90) odkud Při pokojové teplotě můžeme předpokládat, že kde I a I 0 jsou v miliampérech, R je Odpor polovodičové diody je v ohmech. Vzorec (90) a odporová charakteristika R, znázorněná tečkovanou čarou na Obr. 76 ukazují, že s rostoucím proudem odpor přechodu klesá a je v řádu několika nebo dokonce desetin ohmu. Při zpětném napětí, kdy I → I 0, má odpor n-p přechodu hodnotu v řádu desítek a stovek tisíc ohmů. Analýza proudově-napěťové charakteristiky polovodičové diody ukazuje, že se jedná o nelineární prvek, jeho odpor se mění v závislosti na velikosti a znaménku přiloženého napětí. Tyto vlastnosti polovodičové diody umožňují její použití pro usměrnění střídavého proudu, frekvenční konverzi, omezení amplitudy atd.

1. Dopředný proud je proud protékající diodou, když je na ni aplikováno konstantní dopředné napětí jednoho voltu.
2. Zpětný proud je proud protékající diodou, když je na ni aplikováno nejvyšší konstantní přípustné zpětné napětí.
3. Reverzní průrazné napětí je napětí, při kterém dioda selže.
4. Povolená amplituda zpětného napětí je největší amplituda zpětného napětí, která může být aplikována na zařízení v opačném směru po dlouhou dobu, aniž by došlo k poruše.
5. Průměrná hodnota usměrněného proudu je konstantní složka usměrněného proudu diody, která může diodou protékat po dlouhou dobu, aniž by došlo k jejímu přehřátí.

Pro hodnocení elektrických vlastností polovodičových planárních diod se používají následující parametry:

1. Vstupní střídavé napětí – maximální efektivní hodnota střídavého sinusového napětí ve voltech, které lze přivádět na vstup diody dlouhodobě bez průrazu.
2. Dopředný pokles napětí je průměrné napětí na diodě při maximálním přípustném usměrněném proudu. Charakterizuje vnitřní odpor zařízení při průchodu stejnosměrného proudu a obvykle se pohybuje v řádu desetin voltu.
3. Usměrněný proud je konstantní složka proudu diody, která při delším průtoku diodou nezpůsobuje její přehřívání, měřeno v miliampérech nebo ampérech.
4. Zpětný proud je průměrná hodnota zpětného proudu diody, když je na ni aplikováno přípustné zpětné střídavé napětí. Charakterizuje vnitřní odpor diody v opačném směru.

Hlavní rysy proudově-napěťové charakteristiky polovodičové diody ve srovnání s odpovídající charakteristikou vakuové diody jsou následující:

1. Při změně znaménka přiloženého napětí u polovodičové diody se změní směr proudu procházejícího zařízením, ale ve vakuové diodě zůstane nezměněn.
2. V nepřítomnosti externě aplikovaného napětí není v polovodičové diodě žádný proud a vakuovou diodou protéká malý počáteční proud.
3. Při záporných (reverzních) napětích protéká polovodičovou diodou zpětný proud v řádu jednotek a desítek mikroampérů a ve vakuové diodě proud prakticky žádný.

Na rozdíl od bodových polovodičových diod, u kterých je většina parametrů měřena stejnosměrným proudem, jsou všechny parametry planárních polovodičových diod měřeny obvykle střídavým proudem o frekvenci 50 Hz.