Els díodes són principalment dispositius unidireccionals. Ofereix una resistència baixa quan és avançat o positiu voltatge s’aplica i té alta resistència quan el díode està esbiaixat inversament. Un díode ideal té zero resistència cap endavant i zero caigudes de tensió. El díode ofereix una alta resistència inversa, donant lloc a zero corrents inversos. Tot i que no existeixen díodes ideals, en algunes aplicacions s’utilitzen díodes quasi ideals. Les tensions d'alimentació són generalment molt més grans que la tensió directa d'un díode i, per tant, VFse suposa que és constant. Els models matemàtics s’utilitzen per aproximar les característiques del díode de silici i germani quan la resistència a la càrrega sol ser alta o molt baixa. Aquests mètodes ajuden a resoldre problemes del món real. En aquest article es discuteix què és l’aproximació de díodes, els tipus d’aproximacions, els problemes i els models aproximats de díodes.
Què és un díode?
A díode és un semiconductor simple amb dos terminals anomenats ànode i càtode. Permet el flux de corrent en una direcció (direcció cap endavant) i restringeix el flux de corrent en sentit contrari (la direcció inversa). Té una resistència baixa o nul·la quan es polaritza cap endavant i una resistència alta o infinita quan es polaritza cap enrere. Els ànodes de terminals es refereixen al cable positiu i el càtode al cable negatiu. La majoria dels díodes condueixen o permeten que flueixi corrent quan l’ànode està connectat amb una tensió positiva. Els díodes s’utilitzen com a rectificadors a Font d'alimentació.
semiconductor-díode
Què és l'aproximació de díodes?
L'aproximació de díodes és un mètode matemàtic utilitzat per aproximar el comportament no lineal de díodes reals per permetre càlculs i circuit anàlisi. Hi ha tres aproximacions diferents utilitzades per analitzar els circuits de díodes.
Primera aproximació de díodes
En el primer mètode d’aproximació, el díode es considera com un díode esbiaixat cap endavant i com un interruptor tancat amb caiguda de tensió nul·la. No és apte per utilitzar-lo en circumstàncies de la vida real, sinó que s’utilitza només per a aproximacions generals on no es requereix precisió.
primera aproximació
Segona aproximació de díodes
En la segona aproximació, el díode es considera com un díode esbiaixat cap endavant en sèrie amb a pila per engegar el dispositiu. Perquè un díode de silici s’encengui, necessita 0,7 V. S’alimenta un voltatge de 0,7 V o superior per encendre el díode polaritzat cap endavant. El díode s'apaga si la tensió és inferior a 0,7V.
segona aproximació
Aproximació del tercer díode
La tercera aproximació d’un díode inclou tensió a través del díode i tensió a través de la resistència massiva, RB. La resistència massiva és baixa, com ara inferior a 1 ohm i sempre inferior a 10 ohm. La resistència massiva, RBcorrespon a la resistència de materials p i n. Aquesta resistència canvia en funció de la quantitat de tensió d’enviament i del corrent que circula pel díode en cada moment.
La caiguda de tensió a través del díode es calcula mitjançant la fórmula
Vd= 0,7V + Id* RB
I si RB<1/100 RTho RB<0.001 RTh, ho descuidem
tercera aproximació
Problemes d'aproximació de díodes amb solucions
Vegem ara dos dos exemples de problemes d’aproximació de díodes amb solucions
1). Mireu el circuit següent i utilitzeu la segona aproximació del díode i trobeu el corrent que circula pel díode.
aproximació de circuits per a díodes
JoD= (Vs- VD) / R = (4-0,7) / 8 = 0,41A
2). Mireu els dos circuits i calculeu amb el tercer mètode d’aproximació del díode
circuits utilitzant un tercer mètode
Per a la figa (a)
Afegir una resistència d’1 kΩ amb una resistència massiva de 0,2 Ω no fa cap diferència en el flux de corrent
JoD= 9.3 / 1000.2 = 0.0093 A
Si no comptem 0,2Ω, llavors
JoD= 9.3 / 1000 = 0,0093 A
Per a la fig (b)
Per a una resistència de càrrega de 5 Ω, ignorar la resistència a granel de 0,2 brings comporta una diferència de flux de corrent.
Per tant, s’ha de tenir en compte la resistència a granel i el valor correcte del corrent és de 1,7885 A.
JoD= 9.3 / 5.2 = 1.75885 A
Si no comptem 0,2Ω, llavors
JoD= 9.3 / 5 = 1.86 A
En resum, si la resistència a la càrrega és petita, es fa efectiva la resistència a granel. Tanmateix, si la resistència a la càrrega és molt elevada (fins a diversos quilo-ohms), la resistència massiva no té cap efecte sobre el corrent.
Models aproximats de díodes
Els models de díodes són models matemàtics que s’utilitzen per a l’aproximació del comportament real del díode. Discutirem la modelització de la unió p-n connectada en una direcció esbiaixada cap endavant mitjançant diverses tècniques.
Model de díode Shockley
A la Model de díode Shockley equació, el corrent de díode I d’un díode d’unió p-n està relacionat amb la tensió del díode VD. Suposant que VS> 0,5V i ID són molt superiors a IS, representem la característica VI d’un díode per
joD= joS(ésVD / ηVT- 1) —— (i)
Amb Kirchhoff’s equació de bucle, obtenim la següent equació
joD= (VS- VD/ R) ———- (ii)
Suposant que els paràmetres del díode són i η es coneixen, mentre que ID i IS són quantitats desconegudes. Es poden trobar utilitzant dues tècniques: anàlisi gràfica i anàlisi iterativa
Anàlisi iterativa
S'utilitza un mètode d'anàlisi iteratiu per trobar el voltatge de díode VD respecte a VS per a qualsevol sèrie de valors donada mitjançant un ordinador o una calculadora. L'equació (i) es pot reorganitzar dividint-la per IS i afegint-ne 1.
ésVD / ηVT= Jo / JoS+1
Aplicant el registre natural als dos costats d’una equació, es pot eliminar l’exponent. L'equació es redueix a
VD/ ηVT= ln (I / IS+1)
Substituint (i) per (ii) ja que compleix la llei de Kirchhoff i l’equació es redueix a
VD/ ηVT= (ln (VS–VD) / RIS) +1
O bé
VD= ηVTln ((VS- VD) / RIS+1)
Com se sap que Vs valora, VD es pot endevinar i el valor es posa al costat dret de l'equació i realitzant operacions contínues, es pot trobar un nou valor per a VD. Un cop es troba VD, la llei de Kirchhoff s’utilitza per trobar jo.
Solució gràfica
Representant les equacions (i) i (ii) a la corba I-V, s’obté una solució gràfica aproximada a la intersecció de dos gràfics. Aquest punt d’intersecció del gràfic compleix les equacions (i) i (ii). La recta del gràfic representa la línia de càrrega i la corba del gràfic representa l’equació característica del díode.
solució-gràfica-per-determinar-el-punt-d’operació
Model lineal a trossos
Com que el mètode de la solució gràfica és molt complicat per als circuits compostos, s’utilitza un enfocament alternatiu del modelatge de díodes, conegut com a modelatge lineal a trossos. En aquest mètode, una funció es desglossa en diversos segments lineals i s’utilitza com a corba característica d’aproximació de díodes.
El gràfic mostra la corba VI d’un díode real aproximat mitjançant un model lineal a trossos de dos segments. Un díode real es classifica en tres elements en sèrie: un díode ideal, la font de tensió i a resistència . La tangent dibuixada en el punt Q a la corba del díode i el pendent d’aquesta línia és igual al recíproc de la resistència del díode en el punt Q.
aproximació lineal a trossos
Diodo idealitzat matemàticament
Un díode idealitzat matemàticament es refereix a un díode ideal. En aquest tipus de díode ideal, el actual el flux és igual a zero quan el díode està esbiaixat inversament. La característica d’un díode ideal és conduir a 0V quan s’aplica una tensió positiva i el flux de corrent seria infinit i el díode es comporta com un curtcircuit. Es mostra la corba característica d’un díode ideal.
Corba característica I-V
Preguntes freqüents
1). Quin model de díode representa l’aproximació més precisa?
La tercera aproximació és l’aproximació més precisa, ja que inclou una tensió de díode de 0,7 V, tensió a través de la resistència a granel interna d’un díode i resistència inversa que ofereix un díode.
2). Quina és la tensió de ruptura del díode?
La tensió de ruptura d’un díode és la tensió inversa mínima aplicada per fer que el díode es trenqui i es condueixi en sentit invers.
3). Com es prova un díode?
Per provar un díode, utilitzeu un multímetre digital
- Canvieu el commutador selector del multímetre al mode de comprovació de díodes
- Connecteu l’ànode al cable positiu del multímetre i el càtode al cable negatiu
- El multímetre mostra una lectura de voltatge entre 0,6 V i 0,7 V i sap que el díode funciona
- Ara inverteix les connexions del multímetre
- Si el multímetre presenta una resistència infinita (excés d’abast) i sap que el díode funciona
4). El díode és un corrent?
Un díode no és un dispositiu controlat per corrent ni controlat per voltatge. Condueix si es donen correctament tensions positives i negatives.
Aquest article analitzava els tres tipus de díode mètode d’aproximació. Vam discutir com es pot aproximar un díode quan el díode actua com a commutador amb pocs números. Finalment, vam discutir diversos tipus de models de díodes aproximats. Aquí teniu una pregunta, quina és la funció d’un díode?