Diody jsou hlavně jednosměrná zařízení. Nabízí nízký odpor, když je vpřed nebo pozitivní Napětí je aplikován a má vysoký odpor když je dioda zpětně předpjatá. Ideální dioda má nulový dopředný odpor a nulový pokles napětí. Dioda nabízí vysoký zpětný odpor, což vede k nulovým zpětným proudům. Ačkoli ideální diody neexistují, v některých aplikacích se používají téměř ideální diody. Napájecí napětí jsou obecně mnohem větší než dopředné napětí diody, a tedy VFse předpokládá, že je konstantní. Matematické modely se používají k přiblížení charakteristik křemíku a germania diody, když je odpor zátěže obvykle vysoký nebo velmi nízký. Tyto metody pomáhají řešit problémy v reálném světě. Tento článek pojednává o tom, co je aproximace diod, typy aproximací, problémy a přibližné modely diod.
Co je to dioda?
NA dioda je jednoduchý polovodič se dvěma svorkami nazývanými anoda a katoda. Umožňuje tok proudu v jednom směru (směr dopředu) a omezuje tok proudu v opačném směru (směr vzad). Má nízký nebo nulový odpor při předpětí a vysoký nebo nekonečný odpor při předpětí. Svorky anoda označuje kladný vodič a katoda záporný vodič. Většina diod vede nebo umožňuje protékat proud, když je anoda připojena ke kladnému napětí. Diody se používají jako usměrňovače v zdroj napájení.
polovodičová dioda
Co je to diodová aproximace?
Diodová aproximace je matematická metoda používaná k aproximaci nelineárního chování reálných diod pro umožnění výpočtů a obvod analýza. K analýze diodových obvodů se používají tři různé aproximace.
Aproximace první diody
V první aproximační metodě je dioda považována za diodu s předpětím a za uzavřený spínač s nulovým poklesem napětí. Není vhodné jej používat v reálných podmínkách, ale používá se pouze pro obecnou aproximaci, kde není požadována přesnost.
první aproximace
Aproximace druhé diody
Ve druhé aproximaci je dioda považována za diodu s předpětím v sérii s a baterie zapněte zařízení. K zapnutí křemíkové diody je zapotřebí 0,7V. K zapnutí diody s předpětím je napájeno napětí 0,7 V nebo větší. Dioda se vypne, pokud je napětí menší než 0,7V.
druhá aproximace
Aproximace třetí diody
Třetí aproximace diody zahrnuje napětí na diodě a napětí na objemovém odporu, RB. Objemový odpor je nízký, například menší než 1 ohm a vždy menší než 10 ohmů. Objemový odpor, RBodpovídá odporu materiálů p a n. Tento odpor se mění na základě množství předávacího napětí a proudu protékajícího diodou v daném okamžiku.
Úbytek napětí na diodě se vypočítá podle vzorce
PROTId= 0,7 V + Id* R.B
A pokud RB<1/100 RČtnebo R.B<0.001 RČt, to zanedbáváme
třetí aproximace
Problémy s aproximací diod s řešeními
Podívejme se nyní na dva dva příklady problémů s aproximací diod s řešeními
1). Podívejte se na obvod níže a použijte druhou aproximaci diody a najděte proud protékající diodou.
aproximace obvodu pro diodu
JáD= (Vs- VD) / R = (4-0,7) / 8 = 0,41 A.
2). Podívejte se na oba obvody a vypočítejte pomocí třetí aproximační metody diody
obvody využívající třetí metodu
Pro obr. (A)
Přidání 1kΩ rezistoru s objemovým rezistorem 0,2Ω neznamená žádný rozdíl v protékajícím proudu
JáD= 9,3 / 1000,2 = 0,0093 A
Pokud nepočítáme 0,2Ω, pak
JáD= 9,3 / 1000 = 0,0093 A
Pro obr. (B)
Pro odpor zátěže 5 Ω přináší ignorování objemového odporu 0,2 Ω rozdíl v toku proudu.
Je proto třeba vzít v úvahu objemový odpor a správná hodnota proudu je 1,7885 A.
JáD= 9,3 / 5,2 = 1,75885 A
Pokud nepočítáme 0,2Ω, pak
JáD= 9,3 / 5 = 1,86 A
Shrneme-li, že pokud je odpor zátěže malý, použije se objemový odpor. Pokud je však odpor zátěže velmi vysoký (v rozmezí několika kiloohmů), nemá hromadný odpor žádný vliv na proud.
Přibližné modely diod
Modely diod jsou matematické modely používané pro aproximaci skutečného chování diody. Budeme diskutovat o modelování p-n spojení spojeného ve směru dopředného předpětí pomocí různých technik.
Model Shockleyovy diody
V Model diody Shockley rovnice, diodový proud I spojovací diody p-n souvisí s diodovým napětím VD. Za předpokladu, že VS> 0,5 V a ID je mnohem vyšší než IS, reprezentujeme VI charakteristiku diody
iD= iS(jeVD / ηVT- 1) —— (i)
S Kirchhoff's smyčkovou rovnici získáme následující rovnici
iD= (VS- VD/ R) ———- (ii)
Za předpokladu, že parametry diody jsou a η jsou známy, zatímco ID a IS jsou neznámé veličiny. Lze je najít pomocí dvou technik - Grafické analýzy a Iterativní analýzy
Iterativní analýza
K vyhledání diodového napětí VD vzhledem k VS pro libovolnou danou řadu hodnot pomocí počítače nebo kalkulačky se používá metoda iterativní analýzy. Rovnici (i) lze reorganizovat vydělením IS a přidáním 1.
jeVD / ηVT= I / IS+1
Použitím přirozeného logu na obě strany rovnice lze exponenciál odstranit. Rovnice se redukuje na
PROTID/ ηVT= ln (I / IS+1)
Nahrazení (i) z (ii), protože splňuje Kirchhoffův zákon a rovnice se redukuje na
PROTID/ ηVT= (ln (VS-PROTID) / RIS) +1
Nebo
PROTID= ηVTln ((VS- VD) / RIS+1)
Jelikož je známo, že Vs má hodnotu, lze VD uhodnout a hodnotu umístit na pravou stranu rovnice a při provádění kontinuálních operací lze najít novou hodnotu pro VD. Jakmile je nalezen VD, použije se Kirchhoffův zákon k nalezení I.
Grafické řešení
Vynesením rovnic (i) a (ii) na křivku I-V se získá přibližné grafické řešení v průsečíku dvou grafů. Tento průsečík v grafu splňuje rovnice (i) a (ii). Přímka v grafu představuje linii zatížení a křivka v grafu představuje rovnici charakteristické diody.
grafické řešení k určení provozního bodu
Kusový lineární model
Protože metoda grafického řešení je pro kompozitní obvody velmi komplikovaná, používá se alternativní přístup k modelování diod, známý jako po částech lineární modelování. V této metodě je funkce rozdělena na několik lineárních segmentů a použita jako charakteristická křivka diody.
Graf ukazuje křivku VI skutečné diody, která je aproximována pomocí dvousegmentového lineárního modelu po částech. Skutečná dioda je rozdělena do tří prvků v sérii: ideální dioda, zdroj napětí a odpor . Tečna nakreslená v bodě Q ke křivce diody a sklon této přímky se rovná převrácené hodnotě odporu diody v bodě Q.
po částech lineární aproximace
Matematicky idealizovaná dioda
Matematicky idealizovaná dioda označuje ideální diodu. V tomto typu ideální diody je aktuální tok je roven nule, když je dioda reverzně předpjatá. Charakteristikou ideální diody je vedení při 0 V, když je aplikováno kladné napětí a tok proudu by byl nekonečný a dioda se chová jako zkrat. Je zobrazena charakteristická křivka ideální diody.
Charakteristická křivka I-V
Časté dotazy
1). Který diodový model představuje nejpřesnější aproximaci?
Třetí aproximace je nejpřesnější aproximace, protože zahrnuje napětí diody 0,7 V, napětí napříč vnitřním objemovým odporem diody a reverzní odpor nabízený diodou.
2). Jaké je průrazné napětí diody?
Průrazné napětí diody je minimální zpětné napětí přivedené k rozbití diody a jejímu chování v opačném směru.
3). Jak testujete diodu?
Pro otestování diody použijte digitální multimetr
- Přepněte přepínač multimetru do režimu kontroly diod
- Připojte anodu k kladnému vodiči multimetru a katodu k zápornému vodiči
- Multimetr ukazuje odečet napětí mezi 0,6 V až 0,7 V a ví, že dioda funguje
- Nyní obráťte připojení multimetru
- Pokud multimetr zobrazuje nekonečný odpor (přes rozsah) a ví, že dioda funguje
4). Je dioda proud?
Dioda není ani proudově ani napěťově řízené zařízení. Vede, pokud jsou kladná a záporná napětí uvedena správně.
Tento článek pojednával o třech typech dioda aproximační metoda. Diskutovali jsme o tom, jak lze diodu aproximovat, když dioda funguje jako přepínač s několika číselnými hodnotami. Nakonec jsme diskutovali o různých typech přibližných diodových modelů. Zde je otázka, jaká je funkce diody?
