Che cos'è l'approssimazione dei diodi: tipi e modelli di diodi

I diodi sono principalmente dispositivi unidirezionali. Offre una bassa resistenza quando è in avanti o positivo voltaggio è applicato e ha alto resistenza quando il diodo è polarizzato inversamente. Un diodo ideale ha zero resistenza diretta e zero caduta di tensione. Il diodo offre un'elevata resistenza inversa, con conseguente zero correnti inverse. Sebbene non esistano diodi ideali, in alcune applicazioni vengono utilizzati diodi quasi ideali. Le tensioni di alimentazione sono generalmente molto maggiori della tensione diretta di un diodo e quindi V_Fsi presume che sia costante. I modelli matematici vengono utilizzati per approssimare le caratteristiche del diodo al silicio e al germanio quando la resistenza al carico è tipicamente alta o molto bassa. Questi metodi aiutano a risolvere i problemi del mondo reale. Questo articolo discute cos'è l'approssimazione dei diodi, i tipi di approssimazioni, i problemi ei modelli approssimativi dei diodi.

Cos'è un diodo?

PER diodo è un semplice semiconduttore con due terminali chiamati anodo e catodo. Consente il flusso di corrente in una direzione (direzione in avanti) e limita il flusso di corrente nella direzione opposta (direzione inversa). Ha una resistenza bassa o nulla quando polarizzata in avanti e alta o infinita quando polarizzata inversa. L'anodo dei terminali si riferisce al cavo positivo e il catodo si riferisce al cavo negativo. La maggior parte dei diodi conduce o consente alla corrente di fluire quando l'anodo è collegato a una tensione positiva. I diodi sono usati come raddrizzatori in Alimentazione elettrica.

diodo semiconduttore

Che cos'è l'approssimazione del diodo?

L'approssimazione dei diodi è un metodo matematico utilizzato per approssimare il comportamento non lineare dei diodi reali per consentire calcoli e circuito analisi. Esistono tre diverse approssimazioni utilizzate per analizzare i circuiti a diodi.

Approssimazione del primo diodo

Nel metodo di prima approssimazione, il diodo è considerato come un diodo polarizzato in avanti e come un interruttore chiuso con caduta di tensione zero. Non è adatto per l'uso in circostanze di vita reale, ma solo per approssimazioni generali in cui non è richiesta precisione.

prima approssimazione

Approssimazione del secondo diodo

In seconda approssimazione, il diodo è considerato come un diodo polarizzato in avanti in serie con a batteria per accendere il dispositivo. Affinché un diodo al silicio si accenda, necessita di 0,7 V. Viene alimentata una tensione di 0,7 V o superiore per accendere il diodo polarizzato direttamente. Il diodo si spegne se la tensione è inferiore a 0,7 V.

seconda approssimazione

Approssimazione del terzo diodo

La terza approssimazione di un diodo include la tensione attraverso il diodo e la tensione attraverso la resistenza di massa, R_B. La resistenza di massa è bassa, ad esempio inferiore a 1 ohm e sempre inferiore a 10 ohm. La resistenza alla rinfusa, R_Bcorrisponde alla resistenza dei materiali pe n. Questa resistenza cambia in base alla quantità di tensione di trasmissione e alla corrente che scorre attraverso il diodo in un dato momento.

La caduta di tensione attraverso il diodo viene calcolata utilizzando la formula

V_d= 0,7 V + I._d* R_B

E se R_B<1/100 R_Tho R_B<0.001 R_Th, lo trascuriamo

terza approssimazione

Problemi di approssimazione dei diodi con soluzioni

Vediamo ora due 2 esempi di problemi di approssimazione dei diodi con soluzioni

1). Guarda il circuito qui sotto e usa la seconda approssimazione del diodo e trova la corrente che scorre attraverso il diodo.

approssimazione del circuito per diodo

io_D= (V_S- V_D) / R = (4-0,7) / 8 = 0,41 A.

2). Guarda entrambi i circuiti e calcola usando il metodo di terza approssimazione del diodo

circuiti che utilizzano il terzo metodo

Per la fig (a)

L'aggiunta di un resistore da 1 kΩ con un resistore di massa da 0,2 Ω non fa alcuna differenza nel flusso di corrente

io_D= 9,3 / 1000,2 = 0,0093 A

Se non contiamo 0.2Ω, allora

io_D= 9,3 / 1000 = 0,0093 A

Per la fig (b)

Per una resistenza di carico di 5 Ω, ignorare la resistenza di massa di 0,2 Ω porta una differenza nel flusso di corrente.

Pertanto, la resistenza alla rinfusa deve essere considerata e il valore corretto della corrente è 1,7885 A.

io_D= 9,3 / 5,2 = 1,75885 A

Se non contiamo 0.2Ω, allora

io_D= 9,3 / 5 = 1,86 A

Riassumendo, se la resistenza al carico è piccola, viene applicata la resistenza alla rinfusa. Tuttavia, se la resistenza al carico è molto alta (compresa tra diversi kilo-ohm), la resistenza alla rinfusa non ha effetto sulla corrente.

Modelli a diodi approssimativi

I modelli a diodi sono modelli matematici utilizzati per l'approssimazione del comportamento effettivo del diodo. Discuteremo la modellazione della giunzione p-n connessa in una direzione polarizzata in avanti utilizzando varie tecniche.

Modello a diodi Shockley

Nel Modello a diodi Shockley equazione, la corrente del diodo I di un diodo a giunzione p-n è correlata alla tensione del diodo VD. Supponendo che VS> 0,5 V e ID sia molto più alto di IS, rappresentiamo la caratteristica VI di un diodo di

io_D= i_S(e^{VD / ηVT}- 1) —— (i)

Con Kirchhoff's equazione del ciclo, otteniamo la seguente equazione

io_D= (V_S- V_D/ R) ———- (ii)

Supponendo che i parametri del diodo siano e η siano noti, mentre ID e IS sono quantità sconosciute. Questi possono essere trovati utilizzando due tecniche: analisi grafica e analisi iterativa

Analisi iterativa

Un metodo di analisi iterativo viene utilizzato per trovare la tensione del diodo VD rispetto a VS per una data serie di valori utilizzando un computer o un calcolatore. L'equazione (i) può essere riorganizzata dividendola per IS e aggiungendo 1.

e^{VD / ηVT}= I / I_S+1

Applicando il logaritmo naturale su entrambi i lati di un'equazione, l'esponenziale può essere rimosso. L'equazione si riduce a

V_D/ ηV_T= ln (I / I_S+1)

Sostituendo (i) da (ii) poiché soddisfa la legge di Kirchhoff e l'equazione si riduce a

V_D/ ηV_T= (ln (V_S–V_D) / RI_S) +1

O

V_D= ηV_Tln ((V_S- V_D) / RI_S+1)

Poiché Vs è noto per il valore, VD può essere indovinato e il valore viene inserito nella parte destra dell'equazione ed eseguendo operazioni continue, è possibile trovare un nuovo valore per VD. Una volta trovato VD, la legge di Kirchhoff viene utilizzata per trovare I.

Soluzione grafica

Tracciando le equazioni (i) e (ii) sulla curva I-V, si ottiene una soluzione grafica approssimativa all'intersezione di due grafici. Questo punto di intersezione sul grafico soddisfa le equazioni (i) e (ii). La linea retta sul grafico rappresenta la linea di carico e la curva sul grafico rappresenta l'equazione caratteristica del diodo.

soluzione-grafica-per-determinare-il-punto-operativo

Modello lineare a tratti

Poiché il metodo di soluzione grafica è molto complicato per i circuiti compositi, viene utilizzato un approccio alternativo di modellazione a diodi, noto come modellazione lineare a tratti. In questo metodo, una funzione viene scomposta in più segmenti lineari e utilizzata come curva caratteristica di approssimazione del diodo.

Il grafico mostra la curva VI di un diodo reale che viene approssimata utilizzando un modello lineare a tratti a due segmenti. Un diodo reale è classificato in tre elementi in serie: un diodo ideale, la sorgente di tensione e a resistore . La tangente tracciata nel punto Q alla curva del diodo e la pendenza di questa linea è uguale al reciproco della resistenza del diodo al punto Q.

approssimazione lineare a tratti

Diodo matematicamente idealizzato

Un diodo matematicamente idealizzato si riferisce a un diodo ideale. In questo tipo di diodo ideale, il attuale che scorre è uguale a zero quando il diodo è polarizzato inversamente. La caratteristica di un diodo ideale è di condurre a 0V quando viene applicata una tensione positiva e il flusso di corrente sarebbe infinito e il diodo si comporta come un cortocircuito. Viene mostrata la curva caratteristica di un diodo ideale.

Curva caratteristica I-V

Domande frequenti

1). Quale modello di diodo rappresenta l'approssimazione più accurata?

La terza approssimazione è l'approssimazione più accurata in quanto include una tensione del diodo di 0,7 V, una tensione attraverso la resistenza di massa interna di un diodo e la resistenza inversa offerta da un diodo.

2). Qual è la tensione di rottura del diodo?

La tensione di rottura di un diodo è la tensione inversa minima applicata per far sì che il diodo si guasti e conduca nella direzione inversa.

3). Come testate un diodo?

Per testare un diodo, utilizzare un multimetro digitale

• Cambiare il selettore del multimetro in modalità di controllo diodi
• Collegare l'anodo al cavo positivo del multimetro e il catodo al cavo negativo
• Il multimetro mostra una lettura di tensione compresa tra 0,6 V e 0,7 V e sa che il diodo funziona
• Ora inverti le connessioni del multimetro
• Se il multimetro mostra una resistenza infinita (fuori portata) e sa che il diodo funziona

4). Il diodo è una corrente?

Un diodo non è né un dispositivo controllato in corrente né un dispositivo controllato in tensione. Conduce se le tensioni positive e negative sono fornite correttamente.

Questo articolo ha discusso i tre tipi di diodo metodo di approssimazione. Abbiamo discusso di come un diodo può essere approssimato quando il diodo funge da interruttore con pochi numeri. Infine, abbiamo discusso vari tipi di modelli di diodi approssimativi. Ecco una domanda per te, qual è la funzione di un diodo?