Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода представлена на рис. 9. C увеличением напряжения в направлении проводимости диода (так называемое Прямое напряжение) Прямой ток через прибор резко увеличивается. При противоположной полярности приложенного напряжения (так называемое Обратное напряжение) Возникает ток насыщения /0 — обратный ток через П—р-переход, практически не зависящий от величины обратного напряжения.
Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода аналитически выражается следующей формулой:
Где I —ток, протекающий через диод;
Q —заряд электрона;
К—постоянная Больцмана;
I0—ток насыщения (обратный ток);
Т — абсолютная температура.
При комнатной температуре примерно равно 40 1/в, и формула (88) примет вид
1обр, мка
Рис. 76. Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.
Из формулы следует, что при положительном (прямом) напряжении, приложенном к П—р-переходу, начиная с напряжения порядка 0,04—0,05 в, экспоненциальный член Е40U много больше единицы, и ток через П — р-переход с увеличением напряжения резко возрастет.
Наоборот, при отрицательных (обратных) напряжениях, экспоненциальный член будет много меньше единицы, им можно пренебречь и считать, что ток, проходящий через полупроводниковый диод, т. е. обратный ток, равен току, проходящему через П — р-переход при отсутствии внешнего напряжения.
Если обратное напряжение превысит допустимое максимальное напряжение Uобр-макс то наступит перегрев и разрушение диода. Чем больше протяженность отрицательной ветви вольт-амперной характеристики, тем большей способностью выдерживать без пробоя обратное напряжение, обладает диод.
Пробой наступает вследствие того, что под действием сильного электрического поля электроны освобождаются от ковалентных связей, увеличивают свою энергию и, двигаясь с повышенными скоростями внутри полупроводника, ионизируют его нейтральные атомы. Появляются новые свободные электроны и дырки, что приводит к лавинообразному увеличению обратного тока, а следовательно, и к перегреву П — Р-перехода.
Сопротивление П — Р-перехода переменному току в данной точке вольт-амперной характеристики определяется ее наклоном и может быть определено дифференцированием выражения (88):
(90)
Откуда
При комнатной температуре можно считать, что
Где I и I0 — в миллиамперах, R — сопротивление полупроводникового диода—в омах.
Формула (90) и характеристика сопротивления R, Представленная пунктиром на рис. 76, показывают, что с увеличением тока сопротивление перехода падает и составляет величину порядка единиц или даже десятых долей ома. При обратном напряжении, когда I → I0, сопротивлениеП — р-перехода имеет величину порядка десятков и сотен тысяч ом.
Анализ вольт-амперной характеристики полупроводникового диода показывает, что он является нелинейным элементом, его сопротивление меняется в зависимости от величины и знака приложенного напряжения. Эти свойства полупроводникового диода позволяют его использовать для выпрямления переменного тока, преобразования частоты, ограничения амплитуд и т. д.
