Dioder er hovedsakelig ensrettede enheter. Det gir lav motstand når en fremover eller positiv Spenning brukes og har høy motstand når dioden er omvendt forspent. En ideell diode har null motstand fremover og null spenningsfall. Dioden gir høy omvendt motstand, noe som resulterer i null omvendte strømmer. Selv om ideelle dioder ikke eksisterer, brukes nesten ideelle dioder i noen applikasjoner. Forsyningsspenningene er generelt mye større enn foroverspenningen til en diode og dermed V.Fantas å være konstant. Matematiske modeller brukes til å tilnærme egenskapene til silisium og germaniumdiode når lastmotstanden vanligvis er høy eller veldig lav. Disse metodene hjelper til med å løse virkelige problemer. Denne artikkelen diskuterer hva som er diodetilnærming, typer tilnærminger, problemer og tilnærmet diodemodeller.
Hva er en diode?
TIL diode er en enkel halvleder med to terminaler kalt som anode og katode. Den tillater strømmen i en retning (retning fremover) og begrenser strømmen i motsatt retning (motsatt retning). Den har lav eller null motstand når den er forspent og høy eller uendelig motstand når den er forspent. Terminalens anode refererer til positiv bly og katode refererer til den negative ledningen. De fleste diodene leder eller lar strøm strømme når anoden er koblet til med en positiv spenning. Dioder brukes som likerettere i strømforsyning.
halvleder-diode
Hva er tilnærming av dioder?
Diode-tilnærming er en matematisk metode som brukes til å tilnærme den ikke-lineære oppførselen til virkelige dioder for å muliggjøre beregninger og krets analyse. Det er tre forskjellige tilnærminger som brukes til å analysere diodekretsene.
Første tilnærming av dioder
I den første tilnærmingsmetoden betraktes dioden som en forspent diode og som en lukket bryter med null spenningsfall. Det er ikke egnet til å brukes i virkelige forhold, men brukes bare til generelle tilnærminger der presisitet ikke er nødvendig.
første tilnærming
Andre tilnærming av dioder
I den andre tilnærmingen blir dioden betraktet som en forspent diode i serie med en batteri for å slå på enheten. For at en silisiumdiode skal slå på, trenger den 0,7V. En spenning på 0,7 V eller mer mates for å slå på den fremoverfordelte dioden. Dioden slås av hvis spenningen er mindre enn 0,7V.
andre tilnærming
Tredje tilnærming av dioder
Den tredje tilnærmingen av en diode inkluderer spenning over dioden og spenning over bulkmotstand, RB. Bulkmotstanden er lav, for eksempel mindre enn 1 ohm og alltid mindre enn 10 ohm. Bulkmotstanden, RBtilsvarer motstanden til p og n materialer. Denne motstanden endres basert på mengden fremoverspenning og strømmen som strømmer gjennom dioden til enhver tid.
Spenningsfallet over dioden beregnes ved hjelp av formelen
Vd= 0,7V + Id* RB
Og hvis RB<1/100 RTheller RB<0.001 RTh, vi forsømmer det
tredje tilnærming
Problemer med tilnærming av dioder med løsninger
La oss nå se på to to eksempler på problemer med tilnærming av dioder med løsninger
1). Se på kretsen nedenfor og bruk den andre tilnærmingen til dioden, og finn strømmen som strømmer gjennom dioden.
krets-for-diode-tilnærming
JegD= (V.s- VD) / R = (4-0,7) / 8 = 0,41A
2). Se på begge kretsene og beregne ved hjelp av den tredje tilnærmingsmetoden for diode
kretser ved hjelp av tredje metode
For fig (a)
Å legge til 1 kΩ motstand med bulk motstand 0,2Ω gjør ingen forskjell i strømmen som strømmer
JegD= 9,3 / 1000,2 = 0,0093 A.
Hvis vi ikke teller 0,2Ω, da
JegD= 9,3 / 1000 = 0,0093 A.
For fig (b)
For belastningsmotstand på 5Ω, ignorerer bulkmotstand på 0,2Ω en forskjell i strømmen.
Derfor må bulkmotstand vurderes, og riktig verdi av strøm er 1.7885 A.
JegD= 9,3 / 5,2 = 1,75885 A.
Hvis vi ikke teller 0,2Ω, da
JegD= 9,3 / 5 = 1,86 A.
Oppsummert, hvis lastmotstanden er liten, blir bulkmotstanden tatt i bruk. Imidlertid, hvis lastmotstanden er veldig høy (varierer til flere kilo-ohm), så har bulkmotstand ingen effekt på strømmen.
Omtrentlige diodemodeller
Diodemodellene er matematiske modeller som brukes til tilnærming av diodens faktiske oppførsel. Vi skal diskutere modelleringen av p-n-krysset som er koblet i en fremoverrettet retning ved hjelp av forskjellige teknikker.
Shockley Diode Model
I Shockley-diodemodell ligning, er diodestrømmen I til en p-n kryssdiode relatert til diodespenningen VD. Forutsatt at VS> 0,5V og ID er mye høyere enn IS, representerer vi VI-karakteristikken til en diode med
JegD= iS(erVD / ηVT- 1) —— (i)
Med Kirchhoff’s loop-ligning, får vi følgende ligning
JegD= (V.S- VD/ R) ———- (ii)
Forutsatt at diodeparametrene er og η er kjent, mens ID og IS er ukjente mengder. Disse kan bli funnet ved hjelp av to teknikker - Grafisk analyse og Iterativ analyse
Iterativ analyse
En iterativ analysemetode brukes til å finne diodespenning VD med hensyn til VS for en gitt serie verdier ved hjelp av en datamaskin eller kalkulator. Ligningen (i) kan omorganiseres ved å dele den med IS og legge til 1.
erVD / ηVT= Jeg / jegS+1
Ved å bruke den naturlige loggen på begge sider av en ligning, kan den eksponentielle fjernes. Ligningen reduseres til
VD/ ηVT= ln (jeg / jegS+1)
Erstatter for (i) fra (ii) som det tilfredsstiller Kirchhoffs lov og ligningen reduseres til
VD/ ηVT= (ln (V.S–VD) / RIS) +1
Eller
VD= ηVTln ((VS- VD) / RIS+1)
Ettersom Vs er kjent for å verdsette, kan VD gjettes og verdien settes på høyre side av ligningen og utfører kontinuerlige operasjoner, en ny verdi for VD kan bli funnet. Når VD er funnet, blir Kirchhoffs lov brukt til å finne I.
Grafisk løsning
Ved å tegne ligningene (i) og (ii) på IV-kurven, oppnås en omtrentlig grafisk løsning i skjæringspunktet mellom to grafer. Dette skjæringspunktet på grafen tilfredsstiller ligningene (i) og (ii). Den rette linjen på grafen representerer belastningslinjen og kurven på grafen representerer diodekarakteristiske ligningen.
grafisk løsning for å bestemme driftspunktet
Piecewise Lineær modell
Siden den grafiske løsningsmetoden er svært komplisert for sammensatte kretser, brukes en alternativ tilnærming av diodemodellering, kjent som stykkevis lineær modellering. I denne metoden deles en funksjon inn i flere lineære segmenter og brukes som en diode-tilnærmingskarakteristikkkurve.
Grafen viser VI-kurven til en ekte diode som er tilnærmet ved hjelp av en tosegment stykkevis lineær modell. En ekte diode er klassifisert i tre elementer i serie: en ideell diode, spenningskilden og en motstand . Tangens trukket ved Q-punktet til diodekurven og hellingen til denne linjen er lik gjensidigheten av diodens motstand ved Q-punktet.
stykkevis-lineær-tilnærming
Matematisk idealisert diode
En matematisk idealisert diode refererer til en ideell diode. I denne typen en ideell diode, er strøm strømning er lik null når dioden er forspent. Karakteristikken for en ideell diode er å lede ved 0V når en positiv spenning påføres og strømmen vil være uendelig og dioden oppfører seg som en kortslutning. Den karakteristiske kurven til en ideell diode er vist.
I-V-karakteristisk kurve
Vanlige spørsmål
1). Hvilken diodemodell representerer den mest nøyaktige tilnærmingen?
Den tredje tilnærmingen er den mest nøyaktige tilnærmingen da den inkluderer en diodespenning på 0,7V, spenning over intern bulkmotstand til en diode og omvendt motstand som tilbys av en diode.
2). Hva er diodes sammenbruddsspenning?
Nedbrytningsspenningen til en diode er den minste omvendte spenningen som brukes for å gjøre dioden sammenbrudd og oppføre seg i motsatt retning.
3). Hvordan tester du en diode?
For å teste en diode, bruk et digitalt multimeter
- Bytt multimetervelger til diodekontrollmodus
- Koble anoden til den positive ledningen til multimeteret og katoden til den negative ledningen
- Multimeter viser en spenningsavlesning mellom 0,6V og 0,7V og vet at dioden fungerer
- Vend deretter tilkoblingene til multimeteret
- Hvis multimeteret viser en uendelig motstand (over rekkevidde) og vet at dioden fungerer
4). Er diode en strøm?
En diode er verken en strømstyrt eller en spenningsstyrt enhet. Det utfører hvis positive og negative spenninger er gitt riktig.
Denne artikkelen diskuterte de tre typene diode tilnærmingsmetode. Vi diskuterte hvordan en diode kan tilnærmes når dioden fungerer som en bryter med få numeriske. Til slutt diskuterte vi forskjellige typer omtrentlige diodemodeller. Her er et spørsmål til deg, hva er funksjonen til en diode?
