Продолжаем осваивать NGSPICE.

Полупроводниковый диод - самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из одного PN перехода. Основная его функция - это проводить электрический ток в одном направлении, и не пропускать его в обратном. Свойства диодов наглядно показывает вольт-амперная характеристика (ВАХ) - зависимость тока через двухполюсник от напряжения на этом двухполюснике. Как мы сейчас убедимся ВАХ зависит от конкретной модели диода и температуры окружающей среды.

Для симуляции диода в NGSPICE необходим найти (обычно на сайте производителя) его SPICE модель - например 1n4007:

~$ wget -nc http://www.vishay.com/docs/88000/1n4007.txt

схема прямого включения диода | netlist | ngspice.js

ngspice 1 -> source diode-forward.net
ngspice 2 -> set temp=0
ngspice 3 -> dc i1 0 1 0.001
ngspice 4 -> set temp=25
ngspice 5 -> dc i1 0 1 0.001
ngspice 6 -> set temp=50
ngspice 7 -> dc i1 0 1 0.001
ngspice 8 -> plot dc1.v(n1) dc2.v(n1) dc3.v(n1)

Кремниевый диод открывается при напряжении ~0.6 В. Чем выше температура окружающей среды, тем этот порог открывания немного меньше.

В учебниках по электронике дают обычно перевёрнутый график ВАХ ngspice 8 -> plot "i-sweep" vs dc1.v(n1) "i-sweep" vs dc2.v(n1) "i-sweep" vs dc3.v(n1):

При обратном напряжении через диод протекают незначительные токи утечки и таким образом его активное сопротивление очень большое. Однако при высоком напряжении, которое может варьироваться в широких пределах в зависимости от конкретной модели диода, наступает пробой и ток через резко возрастает:

ngspice 1 -> source diode-forward.net
ngspice 2 -> set temp=0
ngspice 3 -> dc i1 -10m 0 10u
ngspice 4 -> set temp=25
ngspice 5 -> dc i1 -10m 0 10u
ngspice 6 -> set temp=50
ngspice 7 -> dc i1 -10m 0 10u
ngspice 8 -> plot "i-sweep" vs dc1.v(n1) "i-sweep" vs dc2.v(n1) "i-sweep" vs dc3.v(n1)

Слишком большой ток вызовет необратимые изменения в кристалле диода, а вот для небольших токов явление пробоя оказывается весьма полезным. Существует целое подсемейство полупроводниковых диодов, называемых стабилитронами или диодами Зенера, для которых обратный режим работы является основным. В режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов.

Далее выпрямитель переменного тока на диодах.