Náhradní schéma diody
D - představuje VA charakteristiku, která je přibližně exponenciální. V mnoha aplikacích bývá nahrazována lomenou přímkou;
Například v závěrném směru a v propustném směru až do hodnoty prahového napětí UP teče diodou bez ohledu na napětí UF nulový proud IF a dioda má nekonečně velký odpor. Při napětích UF větších než UP má charakteristika sklon odpovídající dynamickému odporu Rd = ΔU/ΔI (char. a). Je-li v sérii s diodou zapojen odpor podstatně větší než je Rd, Můžeme Rd zanedbat. Tj. dáme Rd = 0 (char. b). Pokud navíc dioda pracuje při napětích převyšujících prahové napětí UP, zanedbáme i je (char. c);
Ls – indukčnost přívodů diody (i uvnitř pouzdra);
Rs – odpor polovodičového materiálu a odpor přívodů;
Rp – svodový odpor způsobený poruchami v PN přechodu;
Cp – nelineární kondenzátor, jehož kapacita je závislá na velikosti přiloženého napětí;
Lp – indukčnost PN přechodu;
Rd – dynamický odpor diody v propustném směru;
Up – prahové napětí v propustném směru, je napětí, které je třeba překročit, aby diodou začal protékat proud (posuv VA charakteristiky o velikost UP doprava;
Mezní kmitočet diody je kmitočet, při kterém se reaktance kapacity přechodu v závěrném směru rovná hodnotě Rp: 1/ωCp) = Rp;
Bývá od stovek kHz až po desítky GHz. Na vysokých kmitočtech je nutné uvažovat též vliv indukčností Ls a Lp.
Kapacita PN přechodu
Vyprázdněná oblast se chová jako izolační vrstva – dielektrikum – oddělující oblasti P a N. Společně tvoří deskový kondenzátor s šířkou dielektrika odpovídající šířce vyprázdněné oblasti. Protože se šířka vyprázdněné oblasti mění s velikostí napětí na PN přechodu, mění se s napětím i velikost kapacity.
PRINCIP Obr. 1. 5. 30 na s. 37
ZÁVISLOST KAPACITY DIODY NA PŘILOŽENÉM NAPĚTÍ
Indukčnost PN přechodu
Od napětí přibližně 0,3 V na propustně polarizovaném přechodu se zmenšuje vliv kapacity a zvětšuje se vliv indukčnosti přechodu. Tato indukčnost je projevem protékajícího proudu.
Teplotní závislost PN přechodu
TEPLOTNÍ ZÁVISLOST PN PŘECHODU
- v závěrném směru se zdvojnásobí závěrný proud IR při nárůstu teploty o každých 10°C;
- v propustném směru se při nárůstu teploty zmenšuje napětí UF o (2 až 3) mV/°C.
Průrazy PN přechodu
Překročí-li napětí UR jistou kritickou hodnotu, dojde k náhlému vzrůstu proudu – průrazu PN přechodu. Průraz může být destruktivní, při němž dojde ke zničení diody, nebo nedestruktivní (destrukce – zničení).
Hlavní typy průrazů
Destruktivní
- tepelný;
- povrchový, který je způsoben nečistotami na povrchu polovodivého materiálu. Ochranou proti tomuto průrazu je kvalitní zapouzdření diody.
Nedestruktivní
- průraz elektrickým polem (tunelový, Zenerův);
- lavinový.
Zenerův (tunelový) průraz
Nedestruktivní průraz, při kterém elektrické pole vytrhává elektrony z jejich vazeb. Je způsoben tunelováním elektronů z valenčního pásma oblasti P do vodivostního pásma oblasti N. Aby tento průraz nastal, musí k tomu být PN přechod přizpůsoben.
Průrazné napětí pro křemík:
- menší než cca. 4,5 V;
- zmenšuje se s nárůstem teploty.
Lavinový průraz
Nedestruktivní průraz, který vzniká působením elektrického pole takové intenzity, že minoritní nosiče v závěrném směru procházející přechodem, získají tak velkou kinetickou energii, že nárazy na atomy krystalové mřížky způsobují nárazovou ionizaci, přičemž dojde k vytváření párů elektron – díra.
Průrazné napětí pro křemík:
- větší než 6,7 V;
- zvětšuje se s nárůstem teploty.
Tepelný průraz závěrně polarizovaného přechodu
Tepelný průraz závěrně polarizovaného přechodu může nastat, je-li překročeno opakovatelné maximální závěrné napětí URRM a mezní závěrný proud. Přitom začne protékat velký proud, který způsobí nadměrný ohřev (Ztrátový výkon se mění v teplo.). Jestliže je množství tepla vytvářeného na PN přechodu větší, než je množství tepla odváděného, dojde k narůstání teploty a tím ke zvýšení vodivosti, což má za následek vzrůst proudu a další zvýšení teploty atd. Nadměrný ohřev PN přechodu způsobí jeho destrukci.
Tepelný průraz propustně polarizovaného přechodu
Nastane, je-li překročena přípustná velikost proudu v propustném směru.