Приближенные модели диодов

В большинстве случаев, для расчетов в электронных схемах, не используют точную модель диода со всеми его характеристиками. Нелинейность этой функции слишком усложняет задачу. Предпочитают использовать, так называемые, приближенные модели.

Приближенная модель диода «идеальный диод + V_ϒ»

Самой простой и часто используемой является приближенная модель первого уровня. Она состоит из идеального диода и, добавленного к нему, напряжения порога проводимости V_ϒ.

Приближенная модель диода «идеальный диод + V_ϒ + r_D»

Иногда используют чуть более сложную и точную приближенную модель второго уровня. В этом случае добавляют к модели первого уровня внутреннее сопротивление диода, преобразовав его функцию из экспоненты в линейную.

 

 

Вольт -амперные характеристики транзистора

При включении транзистора в различных схемах представляют практический интерес графические зависимости напряжения и тока входной цепи (входные вольт -амперные характеристики) и выходной цепи (выходные или коллекторные вольт-амперные характеристики). Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.

Наибольшее распространение получили входные и выходные статические характеристики для двух схем включения транзистора: с общей базой и общим эмиттером. Поскольку на практике схемы включения транзистора с ОЭ имеют преимущественное применение, дальнейшие рассуждения проведем только для этой схемы включения транзистора.

Статической входной характеристикой транзистора для схемы с ОЭ является график зависимости тока базы от напряжения база–эмиттер входной цепи при постоянном значении напряжения выходной цепи

 

при .

 

Выходные (коллекторные) характеристики транзистора в схеме с ОЭ представляют собой зависимости тока коллектора от напряжения коллектор–эмиттер выходной цепи при постоянном токе базы во входной цепи

 

при .

 

Типичные входные и выходные характеристики транзистора см. на рис. 3.8.

 

 

Рис. 3.8. Вольт-амперная характеристика транзистора:

а – входная характеристика; б – выходная характеристика

При = 0 входная характеристика транзистора соответствует прямой ветви вольт-амперной характеристики эмиттерного p–n -перехода (рис. 3.8, а). С увеличением ток базы уменьшается. Это объясняется тем, что при увеличении растет напряжение, приложенное к коллекторному p–n -переходу в обратном направлении. Из-за этого уменьшается вероятность рекомбинации носителей заряда в базе, так как большинство носителей быстро втягиваются в коллектор

Характер выходных характеристик тран­зистора (рис. 3.8, б) определяется величиной напряжения , прикладываемого к коллекторному переходу . В схеме с ОЭ это напряжение определяется разностью напряжений выходной и входной цепи транзистора (рис. 3.9)   . (3.26)   При этом входное напряжение (см. рис. 3.3, б) прикладывается к коллекторному переходу в прямом, а напряжение выходной цепи – в обратном направлении. Поэтому при напряжение на коллекторном переходе оказывается включенным в прямом направлении. Это приводит к тому, что крутизна выходных характеристик на начальном участке от до велика.

При дальнейшем увеличении напряжения крутизна выходных характеристик уменьшается, они располагаются почти параллельно оси абсцисс. Положение каждой из выходных характеристик зависит главным образом от величины тока базы .

Если эмиттерный переход транзистора перевести в непроводящее состояние,
т. е. подать на эмиттерный переход напряжение отрицательной полярности , то ток коллектора снизится до величины и будет определяться обратным (тепловым) током коллекторного перехода, протекающего по цепи база–коллек­тор. Область коллекторных характеристик, лежащих ниже характеристики, соответствующей , называют областью отсечки.

 

 

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДИОДА

Главным назначением двухэлектродной лампы, называемой диодом, является выпрямление переменного тока.

 

Диод имеет два металлических электрода в стеклянном, металлическом или керамическом баллоне с вакуумом. Одним электродом является накаленный катод, служащий для эмиссии электронов. Другой электрод – анод – служит для притяжения электронов, испускаемых катодом, и создания потока свободных электронов. Катод и анод вакуумного диода аналогичны эмиттеру и базе полупроводникового диода. Анод притягивает электроны в случае, если он имеет положительный потенциал относительно катода. В пространстве между анодом и катодом образуется электрическое поле, которое при положительном потенциале анода является ускоряющим для электронов, испускаемых катодом. Электроны, вылетающие из катода, под действием поля движутся к аноду.

 

В простейшем случае катод делают в виде металлической проволочки, которая накаливается током. С ее поверхности вылетают электроны. Такие катоды называют катодами прямого и непосредственного накала.

 

Большое распространение получили также катоды косвенного накала, иначе называемые подогревными. Катод такого типа имеет металлический цилиндр, у которого поверхность покрыта активным слоем, эмитирующим электроны. Внутри цилиндра находится подогреватель в виде проволочки, накаливаемой током.

 

Между анодом и катодом электроны образуют распределенный в пространстве отрицательный электрический заряд, называемый объемным или пространственным и препятствующий движению электронов к аноду. При недостаточно большом положительном потенциале анода не все электроны могут преодолеть тормозящее действие объемного заряда и часть их возвращается на катод.

 

Чем выше потенциал анода, тем больше электронов преодолевает объемный заряд и уходит к аноду, т. е. тем больше катодный ток.

 

В диоде ушедшие с катода электроны попадают на анод. Поток электронов, летящих внутри лампы от катода к аноду и попадающих на анод, называют анодным током. Анодный ток является основным током электронной лампы. Электроны анодного тока движутся внутри лампы от катода к аноду, а вне лампы – от анода к плюсу анодного источника, внутри последнего – от его плюса к минусу и затем – от минуса источника к катоду лампы. При изменении положительного потенциала анода изменяется катодный ток и равный ему анодный ток. В этом заключается электростатический принцип управления анодным током. Если потенциал анода отрицателен относительно катода, то поле между анодом и катодом является тормозящим для электронов, вылетающих из катода. Эти электроны под действием поля тормозятся и возвращаются на катод. В этом случае катодный и анодный токи равны нулю. Таким образом, основным свойством диода является его способность проводить ток в одном направлении. Диод обладает односторонней проводимостью.

 

Маломощные детекторные диоды выпускаются с катодами косвенного накала. Они имеют электроды небольшого размера, рассчитаны на малые анодные токи, малую предельную мощность, выделяемую на аноде, и невысокое обратное напряжение. Детекторные диоды для высоких и сверхвысоких частот делают с возможно меньшей емкостью. Более мощные диоды (кенотроны) для выпрямления переменного тока электросети выпускаются с катодами как прямого, так и косвенного накала, и рассчитаны на более высокое обратное напряжение. Широкое применение имеют двойные диоды, т. е. два диода в одном баллоне.