3.2.2 Πόλωση κατά την ανάστροφη φορά

    Μια δίοδος ΡΝ είναι πολωμένη κατά την ανάστροφη φορά εάν ο θετικός πόλος της εξωτερικής πηγής είναι συνδεδεμένος με το τμήμα Ν της διόδου και ο αρνητικός πόλος με το τμήμα Ρ, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.2.5(α). Μετά την αγώγιμη σύνδεση, τα θετικά φορτία από τον θετικό πόλο της πηγής εισέρχονται στο τμήμα Ν, σαν οπές, και επανασυνδέονται με τα ηλεκτρόνια που υπάρχουν εκεί σε μεγάλη συγκέντρωση. Με τον ίδιο μηχανισμό, τα ηλεκτρόνια από τον αρνητικό πόλο της πηγής εισέρχονται στο τμήμα Ρ και επανασυνδέονται με τις οπές που υπάρχουν εκεί σε μεγάλη συγκέντρωση.
Με τις επανασυνδέσεις αυτές η περιοχή απογύμνωσης αυξάνει διότι δημιουργούνται περισσότερα "απογυμνωμένα " θετικά και αρνητικά ιόντα (σχ. 3.2.5(β)).
    Ορισμένα ηλεκτρόνια που έχουν αρκετή κινητική ενέργεια διότι προκύπτουν απο διάσπαση των δεσμών των ατόμων του ημιαγωγού, υπερπηδούν και τη νεα περιοχή απογύμνωσης και ετσι στο κύκλωμα υπάρχει ρεύμα Ι0 που λέγεται ανάστροφο ρεύμα κόρου και είναι πολύ μικρό (της τάξης των μΑ). Το ρεύμα μπορεί να αυξηθεί με παροχή εξωτερικής ενέργειας όπως θερμική, ηλεκτρική ή φωτεινή. Συνεπώς:

I_{D =} I_O

    Στην περίπτωση της ανάστροφης πόλωσης το νέο δυναμικό φραγμού είναι:

    Σα συνέπεια της αύξησης του δυναμικού φραγμού και της αύξησης του μήκους της περιοχής απογύμνωσης (L,>L), ελαττώνεται η χωρητικότητα φραγμού CT παίρνοντας μια νέα τιμή:

όπου S = επιφάνεια περιοχής απογύμνωσης.
Η αντίσταση της διόδου κατά την ανάστροφη πόλωση είναι για την ιδανική δίοδο Rr = ∞, ενώ για διόδους του εμπορίου λαμβάνει πολύ μεγάλες τιμές (μερικά ΜΩ).
Η σύνδεση της διόδου στο κύκλωμα ισοδυναμεί με ανοικτό κύκλωμα ή με αντίσταση πολύ μεγάλης τιμής.

3.3 Χαρακτηριστική καμπύλη και ευθεία φόρτου

3.3.1 Χαρακτηριστική καμπύλη διόδου ΡΝ.

     Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, κατά την ορθή πόλωση της διόδου με την αύξηση της τάσης θα υπάρχει κατ' αρχή ένα μικρό ρευμα και μετά την τάση γόνατος νγ μια μεγάλη αυξηση του ρεύματος. Αντίθετα, κατά την ανάστροφη φορά θα υπάρχει ένα πολυ μικρό ρευμα, σχεδόν σταθερό, το οποίο θα αυξήσει ελάχιστα την τιμή του μέχρις ότου η τάση θα φθάσει μια ορισμένη τιμή, που καλείται τάση διάσπασης ή Zener, οπότε το ρευμα αυξάνεται απότομα. Συνεπώς υπάρχουν τρείς περιοχές στη χαρακτηριστική καμπυλη I-V μιας διόδου: η περιοχή ορθής πόλωσης, η περιοχή ανάστροφης πόλωσης και η περιοχή διάσπασης. Στο σχήμα (3.3.1) φαίνονται τυπικές χαρακτηριστικές πυριτίου και γερμανίου.

    Στο κάθετο άξονα παρίσταται το ρεύμα I_D  σε mA, ενώ στον οριζόντιο η τάση V_D σε Volt. Σε κάθε σημείο A της χαρακτηριστικής, στην περιοχή της ορθής πόλωσης, μπορεί να ορισθεί η δυναμική αντίσταση RF, ac ως το πηλίκο μιας μικρής μεταβολής της τάσης γύρω από το σημείο A προς την αντίστοιχη μεταβολή του ρεύματος. Οι μεταβολές αυτές είναι οι κάθετες πλευρές ενός ορθογωνίου τριγώνου με υποτείνουσα την εφαπτομένη της καμπύλης στο δεδομένο σημείο A (σχήμα 3.3.2). Ορίζεται επίσης η στατική αντίσταση RF, dc ως το πηλίκο της τάσης στο σημείο A προς το αντίστοιχο ρεύμα.

    Με παρόμοιο τρόπο ορίζεται γραφικά και η αντίσταση ανάστροφης φοράς ή πόλωσης RR ως το πηλίκο της μεταβολής της τάσης, στο σημείο B, στην ανάστροφη πόλωση προς την αντίστοιχη μεταβολή του ρεύματος (σχήμα 3.3.3):

  
    Ελεύθερο ανάγνωσμα:
    Η μαθηματική σχέση της παραπάνω χαρακτηριστικής, χωρίς την περιοχή διάσπασης, δίνεται από μία εκθετική συνάρτηση :

3.3.3

όπου q το φορτίο του ηλεκτρονίου Κ η σταθερά Boltsman, Τ η απόλυτη θερμοκρασία και n συντελεστής ιδανικότητας, n = 1 για ιδανική δίοδο και n=2 για κακής ποιότητας δίοδο. Για πραγματικές διόδους 1<n<2.    Σε θερμοκρασία περιβάλλοντος Q=25°Cή Τ=298°Κ τότε η σχέση (3.3.3)
απλοποιείται και γίνεται:(για n = 1)

3.3.4

    όπου l0 είναι το ανάστροφο ρεύμα κόρου VD, ID είναι η τάση στα άκρα και το ρεύμα της διόδου και e είναι η βάση των νεπέριων λογάριθμων.
    Η χαρακτηριστική στην ορθή πόλωση μπορεί να προσεγγισθεί με ευθύγραμμο τμήμα. Αρκετές φορές χρησιμοποιείται κυρίως για επίλυση ασκήσεων, η προσεγγιστική χαρακτηριστική καμπύλη η οποία προκύπτει αν προεκτείνουμε το τμήμα αυτό στο σημείο καμπής μέχρι να τμήσει τον άξονα των τάσεων. Το σημείο τομής δίνει την τάση γόνατος Vr Έτσι η χαρακτηριστική αποτελείται από δύο ευθύγραμμα τμήματα στην περιοχή της ορθής πόλωσης, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.3.4. Η περιοχή της ανάστροφης φοράς αποτελείται από άλλα δύο ευθύγραμμα τμήματα : Ισχύουν:

Παράδειγμα 3.3.1:
Δίδεται η χαρακτηριστική καμπύλη μιας διόδου. Να ευρεθεί η στατική αντίσταση στο σημείο Α και η δυναμική αντίσταση στο σημείο Β.

3.3.2 Ευθεία φόρτου
    Στην παράγραφο 3.2.1 αναφέρθηκε ότι για να επιλυθεί ένα κύκλωμα που περιέχει δίοδο σε ορθή πόλωση, χρησιμοποιήθηκε το ισοδύναμο κύκλωμα του. Υπάρχει όμως και ένας δεύτερος τρόπος για την επίλυση του εν λόγω κυκλώματος, ο οποίος είναι γραφικός και όχι υπολογιστικός, και έχει ως εξής:

    Σ' ένα κύκλωμα συνδέεται μια δίοδος D σε ορθή πόλωση με πηγή συνεχούς ρεύματος V| και αντίσταση φόρτου RL. Δίδεται επίσης και η χαρακτηριστική της διόδου (σχήμα 3.3.6).

Αν VD είναι η τάση στα άκρα της διόδου και lD το ρεύμα του κυκλώματος, εφαρμόζοντας τον κανόνα των τάσεων του Kirchnoff θα είναι :
V; = VD + VL όπου VL = ID RL

Αντικαθιστώντας θα είναι:


Η σχέση (3.3.8) είναι μια γραμμική εξίσωση πρώτου βαθμού και παριστάνει την μεταβολή της τάσης στα άκρα της διόδου VD συναρτήσει της μεταβολής του ρεύματος ID. Σχηματικά η εξίσωση αυτή παριστάνεται με μία ευθεία γραμμή, η οποία ονομάζεται ευθεία φόρτου (σχήμα 3.3.6β).
Για να βρεθεί το σημείο τομής της ευθείας φόρτου με τον άξονα των τάσεων, θα πρέπει να τεθεί στην σχέση (3.3.9), ID =0 οπότε:

Δηλαδή, το σημείο τομής της ευθείας φόρτου με τον οριζόντιο άξονα
των τάσεων είναι το σημείο όπου η τάση γίνεται ίση με την τάση της πηγής.

Για να βρεθεί το σημείο τομής της ευθείας φόρτου με τον άξονα των ρευμάτων, θα πρέπει να τεθεί στη σχέση (3.3.9), V_D = 0 οπότε:

Προσθήκη νέου σχολίου