Параметры силовых диодов

Параметры – это постоянные величины, характеризующие тот или иной физический объект, систему или устройство. Параметры силовых диодов подразделяются на две группы – электрические и предельно-допустимые. Превышение предельно- допустимых параметров вызывает выход диода из строя, в основном - из-за перегрева кристалла. Таким образом, знание параметров имеет первостепенное значение, поскольку даёт возможность осуществить грамотный выбор прибора с учётом предъявляемых к нему требований и не допустить его отказа.

К числу предельно-допустимых параметров относят предельно-допустимый прямой ток – I_{пр max}, предельно допустимое постоянное обратное напряжение – U_{обр max} и рабочий диапазон температур – ΔT, ^оС. Превышение прямого допустимого тока вызывает нагрев кристалла до критических значений температур По величине предельно-допустимого прямого тока все силовые диоды подразделяются на маломощные, средней мощности и мощные диоды. У маломощных диодов I_{пр max} у мощных диодов I_{пр доп} прямой максимально-допустимый ток диодов средней мощности находится в диапазоне 0,4 – 10А. Современные мощные силовые диоды имеют предельно-допустимые значения прямых токов порядка 10³А.

Превышение предельно-допустимого значения обратного напряжения вызывает пробой диода. Величина U_{обр max} достаточно сильно зависит от температуры, уменьшаясь с её ростом, что связано с температурным ростом обратного тока. Современные диоды имеют величину U _{обр max­} порядка 10³В.

Рабочий диапазон температур для кремниевых диодов составляет ^оС

Электрические параметры – это параметры безопасной работы диода, а именно: прямое падение напряжения на диоде (рис.6) при указанном прямом токе - U_пр (если величина прямого тока, при котором оценивается U_пр, не указана, то величина прямого падения напряжения приведена для I_{пр max}); ток обратный при указанном обратном напряжении - I_обр; максимальная частота выпрямляемого тока – f _max, время восстановления обратного сопротивления - t _вос.

Поскольку силовые диоды изготавливают из кремния (германий не используют из-за низкой критической температуры кристалла и большого обратного тока – причиной является узкая «щель»), то прямое падение напряжения имеет величину, близкую к контактной разности потенциалов (рис.5), т.е. примерно один вольт. Следовательно, выпрямляемое переменное напряжение должно иметь амплитуду больше одного вольта, иначе диод не откроется.

Обратный ток диода является важным параметром, чем он меньше, тем в большей степени диод обладает односторонней проводимостью. Поскольку обратный ток является током неосновных носителей, а их концентрация зависит от температуры (4), (5), то от температуры зависит и обратный ток, удваиваясь практически на каждые 10^оС.Концентрация неосновных носителей у германия существенно превышает таковую у кремния, поэтому силовые диоды из германия не изготавливают, а используют его в других приборах, где данный недостаток не является определяющим. На участке 4 рис.6 диод можно уподобить источнику тока, поскольку обратный ток слабо зависит от обратного напряжения в широком диапазоне его изменения. А на участке 1 диод можно использовать в качестве источника напряжения, поскольку прямое падение напряжения мало зависит от прямого тока в широком диапазоне его значений.

Степень крутизны прямой ВАХ на участке 1 оценивается дифференциальным прямым сопротивлением r _пр,:

. (14)

Заменять производные приращениями можно, если участок 1 (рис.6) линеен, что почти всегда имеет место. В противном случае применяют графическое дифференцирование, и с помощью касательной определяют искомые приращения. Дифференциальное сопротивление ещё называют сопротивлением переменному току, поскольку находится для приращений. Оно на несколько порядков меньше сопротивления постоянному току - R _пр, что позволяет передать переменные составляющие сигнала без ослабления на фоне постоянных его составляющих (определение сигнала в [2]).