Post on 31-Jan-2018
Curs 2
DIODE. CIRCUITE DR
DE C2
2
CUPRINS
Structură. Simbol
Relația curent-tensiune
Regimuri de funcționare
Punct static de funcționare
Parametrii diodei
Modelul cu cădere de tensiune constantă
Analiza circuitelor cu diode
DE C2
3
Structură. Simbol
Simbol
Sensuri pozitive pentru curent și tensiune
Structură fizică
Simbolul diodei – o săgeată ce arată sensul pozitiv al curentului prin diodă
Anod Catod
DE C2
4
Relația curent-tensiune
IS – curentul de saturație (~ nA - pA)
VT – tensiunea termică
vD – tensiunea ce cade pe diodă
n – factor de calitate
25TV mV @ 20OC
n=2 diode discrete
n=1 diode integrate
)1( T
D
nV
v
SD eIi
K - constanta Boltzmann
q – sarcina electrică
T – temperatura absolută grade Kelvin
Curentul prin diodă este controlat de tensiunea ce cade pe diodă – dispozitiv semiconductor neliniar
Ecuația diodei – William Shockley
q
KTVT
K=1.3806488(13)×10−23 J/K
q=1.602×10−19 C
0 K = −273.15 °C
DE C2
5
Relația curent-tensiune
Modelul exponețial al diodei
valid în ambele regiuni - conducție și blocare
Tensiunea de prag
)1( T
D
nV
v
SD eIi
VP 0.6V
T
D
nV
v
SD eIi
Vp
Polarizare directăPolarizare inversăStrăpungere
DE C2
6
Regimuri de funcționare
)1( T
D
nV
v
SD eIi
-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 v
D[V]
(off)
(on)
iD[mA]
Polarizare inversă
vD < 0V
Blocare (b) vD < vP; iD = 0
Conducție (c) vD > vP; iD > 0
VP 0.6V
Polarizare
directă
vD > 0V
Blocare Conducție
VP
DE C2
7
Regimuri de funcționare
Dioda 1N400x este o dioda redresoare discretă
IS=14nA, n=2
mA8.16)1(1014 252
700
9 eiD
Exemplificare
Considerând o cădere de tensiune pe diode în conducție
V7.0Dv
rezultă valoarea curentului prin diodă:
DE C2
8
Punct static de funcționare - PSF
Pentru 1N400x IS=14nA, n=2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0
20
40
60
80
100
Q1(0.3V; 0mA)
Q2(0.7V; 14.5mA)
Q3(0.78V; 70.8mA)
iD[mA]
vD[V]
ID3
ID2
VD2
VD3
);( DD IVQ
DE C2
9
Punct static de funcționare – dependența de temperatură);( DD IVQ
T
D
nV
v
SD eIi IS, VT - depind direct de temperatură
La curent constant, la o creştere a temperaturii cu 10C,
tensiunea pe diodă scade cu 2mV
C2mV/ΟCT
cstIDDD
TTCTTvTv
)()()( 1212
coeficient termic negativ
La tensiune constantă pe diodă, curentul crește cu temperatura
DE C2
10
Parametrii diodei
Parametrii statici – se definesc in regim static (c.c.)
rezistenţa statică a diodei 𝑟𝐷
Parametrii diferenţiali – se definesc in regim variabil de semnal mic (parametrii de semnal mic)
rezistenţa diferențială a diodei 𝑟𝑑
Parametrii diodei se definesc în PSF
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
0
20
40
60
80
100
VD2
iD[mA]
VD3
rD3
= 11
rD2
= 48.3
rD1
= 120
VD1
vD[V] I
D1
ID2
ID3
DE C2
11
Parametrii diodei – parametrii statici
Rezistenţa statică a diodei
D
D
D
DV
I
rg
1
Exemplu
Conductanţa statică a diodei
Cu creșterea curentului, dioda este în conductie mai
puternică, asadar rezistența statică este mai redusă.
D
DD
I
Vr
Q
Q1(0.65V; 5.4mA)
Q2(0.7V; 14.5mA)
Q3(0.78V; 70.8mA)
1204.5
65.01Dr
3.485.14
7.02Dr
118.70
78.02Dr
DE C2
12
Parametrii diodei – parametrii diferențiali
Aproximarea de semnal mic: regiune liniară în jurul lui Q
vD(t)= VD+vd(t)
iD(t)=ID+id(t)
Un semnal variabil mic este suprapus peste mărimile de cc
Q
d
dd
i
vr
D
Td
I
nVr
Rezistența diferențială
Q
D
Dd
i
vr
FACULTATIV
DE C2
13
Parametrii diodei
Interpretarea parametrilor diodei rD şi rd
Modelarea diodei în PSF
semnal mic
(variații)
curent continuu
FACULTATIV
DE C2
14
Parametrii diodei
Exemplificare
a) Care este circuitul echivalent în curent continuu?
b) Considerând Q(0,64V; 4,7mA), ce valoare are rezistența statică?
c) Care este circuitul echivalent pentru variații?
d) Ce valoare are rezistența diferențială (de semnal mic) în Q?
vi
FACULTATIV
DE C2
15
Modelul cu cădere de tensiune constantă
vD < 0.7V
iD = 0
vD = 0.7V
iD > 0
D – (b) D – (c)
blocare
conducție
DE C2
16
Analiza circuitelor cu diode
ID=? VD=?
Două metode de rezolvare:
1. Metoda grafică
2. Metoda analitică (aproximări succesive)
T
D
nV
V
SD eII
DDI VRIV
T
D
nV
V
SDI eRIVV
Circuit cu o sursă de tensiune continuuă și o rezistență
Determinare PSF );( DD IVQ
TKV:
Ecuația diodei:
Ecuație transcendentă
DE C2
17
Analiza circuitelor cu diode
T
D
nV
V
SD eII
DDI VRIV TKV:
(dreapta de sarcină)
Ecuația diodei:
Metoda grafică
Efectul rezistenței asupra PSF - Q
DE C2
18
Analiza circuitelor cu diode
Metoda analitică simplificată
Se consideră valoarea tensiunii pe diodă VD =0.7V şi se determină curentul prin diodă ID folosind
ecuaţia dreptei de sarcină.
R
VVI DI
D
VVD 7.0
Exemplu
Se dă VI=9V și R=0.5k. Care este punctul static de funcționare al D - Q?
V6.0DV
R
VVI DI
D
mA6.16
5.0
7.09
DI
Considerăm căderea de tensiune pe dioda în conducție:
D – (c)
)mA6.16;V7.0(Q
VVD 7.0
DE C2
19
Analiza circuitelor cu diode
Metoda analitică iterativă
1. Se consideră o valoare iniţială a tensiunii pe diodă, de ex. VD(0) =0.7V şi se determină curentul prin
diodă ID(0) folosind ecuaţia dreptei de sarcină.
(VD(0), ID
(0)) – soluţia inițială
2.Cu valoarea ID(0) se calculează tensiunea pe diodă din ecuaţia diodei VD
(1), apoi curentul ID(1) din ecuaţia
dreptei de sarcină.
(VD(1) , ID
(1)) – soluţia după prima iteraţie
3. Dacă este necesară o precizie mai bună se mai efectuează alte interaţii.
În analiza manuală, rapidă, se utilizează în general soluția inițială
FACULTATIV
DE C2
20
Analiza circuitelor cu diode
Metoda analitică iterativă FACULTATIV
Se consideră VI=3V, R=0.5K iar D o diodă de tipul 1N400x cu IS=14nA și n=2.
Care este punctul static de funcționare al D - Q?
V6.0DV
R
VVI DI
D
mA6.4
5.0
7.03
DI
Analiza simplificată, de ordinul unu:
D – (c)
)mA6.4;V7.0(Q
Exemplu
Considerăm căderea de tensiune pe dioda în conducție: VVD 7.0Pasul 1
DE C2
21
Analiza circuitelor cu diode
V7.0)0( DV
R
VVI DI
D
S
DTD
I
InVV ln
mA6.45.0
7.03)0(
DI
V637.0nA14
mA73.4ln025.02ln
)1()2(
S
DTD
I
IVnV
mA726.45.0
637.03)2()2(
R
VVI DI
D
)mA726.4;V637.0(Q
Analiza iterativă: FACULTATIV
V635.0nA14
mA6.4ln025.02ln
)0()1(
S
DTD
I
IVnV
mA73.45.0
635.03)1()1(
R
VVI DI
D
T
D
nV
V
SD eII
Pasul 1
Pasul 2
Pasul 3
DE C2
22
Ce am învățat azi despre diodă?
Structură. Simbol
Relația curent-tensiune
Regimuri de funcționare
Punct static de funcționare
Parametrii diodei
Modelul cu cădere de tensiune constantă
Analiza circuitelor cu diode