Čo je to diódová aproximácia: typy a modely diód

Diódy sú hlavne jednosmerné zariadenia. Ponúka nízky odpor, keď je vpred alebo kladný Napätie sa aplikuje a má vysokú odpor keď je dióda spätne predpätá. Ideálna dióda má nulový odpor vpred a nulový pokles napätia. Dióda ponúka vysoký spätný odpor, čo má za následok nulové spätné prúdy. Aj keď ideálne diódy neexistujú, v niektorých aplikáciách sa používajú takmer ideálne diódy. Napájacie napätia sú zvyčajne oveľa väčšie ako dopredné napätie diódy, a teda V_Fsa považuje za konštantnú. Matematické modely sa používajú na aproximáciu charakteristík kremíka a germániovej diódy, keď je odpor záťaže zvyčajne vysoký alebo veľmi nízky. Tieto metódy pomáhajú riešiť problémy v reálnom svete. Tento článok pojednáva o tom, čo je aproximácia diód, typy aproximácií, problémy a približné modely diód.

Čo je to dióda?

TO dióda je jednoduchý polovodič s dvoma svorkami nazývanými anóda a katóda. Umožňuje tok prúdu v jednom smere (smer dopredu) a obmedzuje tok prúdu v opačnom smere (spätný smer). Má nízky alebo nulový odpor pri predpätí vpred a vysoký alebo nekonečný odpor pri predpätí vpred. Svorky anóda označuje kladný vodič a katóda záporný vodič. Väčšina diód vedie alebo umožňuje prúdenie prúdu, keď je anóda pripojená k kladnému napätiu. Diódy sa používajú ako usmerňovače v Zdroj.

polovodičová dióda

Čo je to diódová aproximácia?

Diódová aproximácia je matematická metóda používaná na aproximáciu nelineárneho správania reálnych diód na umožnenie výpočtov a obvod analýza. Na analýzu diódových obvodov sa používajú tri rôzne aproximácie.

Aproximácia prvej diódy

V prvej aproximačnej metóde sa dióda považuje za diódu s predpätím v predstihu a za uzavretý spínač s nulovým poklesom napätia. Nie je vhodné ho používať v skutočných podmienkach, ale používa sa iba na všeobecné priblíženie, kde sa nevyžaduje presnosť.

prvá-aproximácia

Aproximácia druhej diódy

V druhej aproximácii sa dióda považuje za diódu s predpätím v sérii s a batéria zapnúť zariadenie. Na rozsvietenie kremíkovej diódy je potrebných 0,7V. Na rozsvietenie diódy s predpätím vpred je napájané napätie 0,7 V alebo viac. Dióda sa vypne, ak je napätie menšie ako 0,7V.

druhá aproximácia

Aproximácia tretej diódy

Tretia aproximácia diódy zahŕňa napätie na dióde a napätie na objemovom odpore R_B. Objemový odpor je nízky, napríklad menej ako 1 ohm a vždy menej ako 10 ohmov. Objemový odpor, R_Bzodpovedá odolnosti materiálov p a n. Tento odpor sa mení na základe množstva smerovacieho napätia a prúdu pretekajúceho diódou v danom okamihu.

Pokles napätia na dióde sa vypočíta podľa vzorca

V._d= 0,7 V + I_d* R._B

A ak R_B<1/100 R_Thalebo R_B<0.001 R_Th, to zanedbávame

tretia aproximácia

Problémy s aproximáciou diódy

Pozrime sa teraz na dva dva príklady problémov aproximácie diód s riešeniami

1). Pozrite sa na obvod nižšie a použite druhú aproximáciu diódy a nájdite prúd pretekajúci diódou.

aproximácia obvodu pre diódu

Ja_D= (V_s- V_D) / R = (4-0,7) / 8 = 0,41 A.

2). Pozrite sa na oba obvody a vypočítajte pomocou tretej metódy aproximácie diódy

tretia metóda využívajúca obvody

Pre obr. (A)

Pridanie rezistora 1 kΩ s objemovým rezistorom 0,2 Ω nemá žiadny vplyv na tok prúdu

Ja_D= 9,3 / 1 000,2 = 0,0093 A

Ak nepočítame 0,2 Ω, tak

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

Pre obr. (B)

Pre záťažový odpor 5Ω ignorovanie objemového odporu 0,2Ω prináša rozdiel v prúdení.

Preto je potrebné vziať do úvahy objemový odpor a správna hodnota prúdu je 1,7885 A.

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

Ak nepočítame 0,2 Ω, tak

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

Ak teda zhrnieme, ak je odpor záťaže malý, použije sa objemový odpor. Ak je však odpor záťaže veľmi vysoký (v rozmedzí niekoľkých kiloohmov), potom nemá objemový odpor žiadny vplyv na prúd.

Približné modely diód

Diódové modely sú matematické modely používané na aproximáciu skutočného správania diódy. Budeme diskutovať o modelovaní križovatky p-n pripojenej v smere dopredu predpätia pomocou rôznych techník.

Model Shockleyovej diódy

V Model diódy Shockley rovnica, diódový prúd I spojovacej diódy p-n súvisí s diódovým napätím VD. Za predpokladu, že VS> 0,5 V a ID sú oveľa vyššie ako IS, reprezentujeme VI charakteristiku diódy o

i_D= i_S(je^{VD / ηVT}- 1) —— (i)

S Kirchhoff’s slučkovú rovnicu, dostaneme nasledujúcu rovnicu

i_D= (V_S- V_D/ R) ———- (ii)

Za predpokladu, že parametre diódy sú a η sú známe, zatiaľ čo ID a IS sú neznáme veličiny. Možno ich nájsť pomocou dvoch techník - Grafická analýza a Iteratívna analýza

Iteratívna analýza

Na nájdenie diódového napätia VD vzhľadom na VS pre ktorúkoľvek danú sériu hodnôt pomocou počítača alebo kalkulačky sa používa metóda iteračnej analýzy. Rovnicu (i) je možné reorganizovať vydelením IS a pridaním 1.

je^{VD / ηVT}= Ja / Ja_S+1

Použitím prirodzeného logu na obidve strany rovnice možno exponenciál odstrániť. Rovnica sa redukuje na

V._D/ ηV_T= ln (I / I_S+1)

Nahradenie bodu (i) bodom (ii), pretože vyhovuje Kirchhoffovmu zákonu a rovnica sa redukuje na

V._D/ ηV_T= (ln (V_S–V_D)/RI_S) +1

Alebo

V._D= ηV_Tln ((V_S- V_D)/RI_S+1)

Pretože je známe, že Vs má hodnotu, VD možno uhádnuť a hodnota sa dá na pravú stranu rovnice a pri vykonávaní nepretržitých operácií sa dá nájsť nová hodnota pre VD. Len čo sa nájde VD, použije sa Kirchhoffov zákon na nájdenie I.

Grafické riešenie

Vynesením rovníc (i) a (ii) na krivku I-V sa získa približné grafické riešenie v priesečníku dvoch grafov. Tento priesečník v grafe vyhovuje rovniciam (i) a (ii). Priamka na grafe predstavuje čiaru zaťaženia a krivka na grafe predstavuje rovnicu charakteristiky diódy.

grafické riešenie na určenie prevádzkového bodu

Kusový lineárny model

Pretože metóda grafického riešenia je pre kompozitné obvody veľmi komplikovaná, používa sa alternatívny prístup k modelovaniu diód, ktorý sa nazýva kusové lineárne modelovanie. V tejto metóde je funkcia rozdelená na viac lineárnych segmentov a použitá ako charakteristická krivka diódy.

Graf zobrazuje krivku VI skutočnej diódy, ktorá sa aproximuje pomocou dvojsegmentového lineárneho modelu po častiach. Skutočná dióda je rozdelená do troch prvkov v sérii: ideálna dióda, zdroj napätia a odpor . Tangenta nakreslená v bode Q ku krivke diódy a sklon tejto priamky sa rovná prevrátenej hodnote odporu diódy v bode Q.

po častiach lineárna aproximácia

Matematicky idealizovaná dióda

Matematicky idealizovaná dióda označuje ideálnu diódu. V tomto type ideálnej diódy sa prúd tok je rovný nule, keď je dióda spätne predpätá. Charakteristikou ideálnej diódy je vedenie pri 0 V, keď je pripojené kladné napätie a prúd by bol nekonečný a dióda sa chová ako skrat. Je zobrazená charakteristická krivka ideálnej diódy.

Charakteristická krivka I-V

Časté otázky

1). Ktorý model diódy predstavuje najpresnejšiu aproximáciu?

Tretia aproximácia je najpresnejšia aproximácia, pretože obsahuje napätie diódy 0,7 V, napätie cez vnútorný objemový odpor diódy a reverzný odpor ponúkaný diódou.

2). Aké je prierazné napätie diódy?

Prerušovacie napätie diódy je minimálne reverzné napätie privedené na poruchu diódy a jej správanie v opačnom smere.

3). Ako testujete diódu?

Na testovanie diódy použite digitálny multimetr

• Prepnite prepínač výberu multimetra do režimu kontroly diód
• Pripojte anódu k kladnému vodiču multimetra a katódu k zápornému vodiču
• Multimetr zobrazuje namerané napätie medzi 0,6 V a 0,7 V a vie, že dióda funguje
• Teraz otočte pripojenia multimetra
• Ak multimetr zobrazuje nekonečný odpor (presahuje rozsah) a vie, že dióda funguje

4). Je dióda prúd?

Dióda nie je prístrojom riadeným prúdom ani napätím. Vedie, ak sú kladné a záporné napätia uvedené správne.

Tento článok pojednával o troch druhoch dióda aproximačná metóda. Diskutovali sme o tom, ako možno diódu priblížiť, keď dióda funguje ako prepínač s niekoľkými numerickými hodnotami. Nakoniec sme diskutovali o rôznych druhoch približných diódových modelov. Tu je otázka, aká je funkcia diódy?