Диоды. 
Силовая электроника

Полупроводниковый прибор с двумя выводами, связанными с областями различных типов проводимости (p-типа и «-типа), называется диодом (рис. 1.1, а). Наличие в структуре прибора односторонне направленного электрического поля обусловливает проводимость диода, придавая ему свойства электронного ключа с односторонней проводимостью и неполной управляемостью. Вывод диода со стороны p-области называют анодом (А), а со стороны «-области — катодом (К). При отсутствии напряжения между анодом и катодом в области рн-перехода возникает потенциальный барьер, препятствующий прохождению электронных зарядов из одной области в другую. Такое состояние называется равновесным. При подключении к диоду внешнего источника отрицательным выводом к аноду, а положительным — к катоду, значение потенциального барьера возрастает (рис. 1.1, б). Напряжение такой полярности относительно р"-нерехода называют обратным и обозначают u_R. Это приводит к нарушению равновесного состояния полупроводника, начинается перемещение неосновных носителей заряда. В результате через диод протекает небольшой обратный ток i_R, который слабо зависит от обратного напряжения и приближается к постоянному значению /₀, соответствующему увеличению обратного напряжения до пре;

Рис. 1.1. Подключение диода к внешней цепи:

а — обозначение диода; б — подключение обратного напряжения; в — подключение прямого напряжения дельного значения U_BR (рис. 1.2, а). Дальнейший рост напряжения приводит к резкому увеличению электрической проводимости, возникает пробой структуры прибора. Это может привести к выходу диода из строя, если не ограничить величину и время протекания тока.

При подключении к диоду внешнего источника положительным выводом к /^-области, а отрицательным — к «-области потенциальный барьер снижается (рис. 1.1, в). Напряжение такой полярности относительнор"-перехода называют прямым и обозначают u_F. В результате через диод начинает протекать прямой ток i_n величина которого ограничивается в основном сопротивлением электрической цепи (см. рис. 1.2, а). Зависимость прямого тока от напряжения имеет экспоненциальный характер.

В соответствии с вышесказанным управление диодом при использовании его в качестве электронного ключа осуществляется изменением полярности напряжения между анодом и катодом: проводящее состояние — при положи;

Рис. 1.2. Статические ВАХ диода:

а — реальная; б — аппроксимированная тельном (прямом) напряжении, непроводящее состояние — при отрицательном (обратном) напряжении. Различают статические и динамические вольт— амперные характеристики (ВАХ) диодов. На рис. 1.2, а представлена реальная статическая ВАХ диода, определяющая зависимость тока от напряжения между анодом и катодом в проводящем и выключенном состояниях. Для упрощения расчетов режимов работы и оценки потерь мощности в статических режимах ВАХ аппроксимируются различными функциями. На рис. 1.2, б показан пример аппроксимации статической ВАХ линейными функциями. Током диода в выключенном состоянии при расчетах часто пренебрегают, а ток во включенном состоянии заменяют сопротивлением, соответствующим углу наклона характеристики, и источником напряжения Af/_f, определяющим постоянное падение напряжения на проводящем диоде.

Динамические ВАХ диодов определяются процессами изменения тока и напряжения при переходе из непроводящего состояния во включенное и наоборот. Рассмотрим динамические характеристики диода при включении и выключении.