Τι είναι η προσέγγιση διόδων: Τύποι και μοντέλα διόδων

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Οι δίοδοι είναι κυρίως μονοκατευθυντικές συσκευές. Προσφέρει χαμηλή αντίσταση όταν είναι μπροστά ή θετικό Τάση εφαρμόζεται και έχει υψηλό αντίσταση όταν η δίοδος είναι αντίστροφη προκατειλημμένη. Μια ιδανική δίοδος έχει μηδενική αντίσταση προς τα εμπρός και μηδενική πτώση τάσης. Η δίοδος προσφέρει υψηλή αντίστροφη αντίσταση, με αποτέλεσμα μηδενικά αντίστροφα ρεύματα. Αν και δεν υπάρχουν ιδανικές δίοδοι, σχεδόν ιδανικές δίοδοι χρησιμοποιούνται σε ορισμένες εφαρμογές. Οι τάσεις τροφοδοσίας είναι γενικά πολύ μεγαλύτερες από την τάση προς τα εμπρός μιας δίοδος και επομένως Vφάθεωρείται ότι είναι σταθερή. Τα μαθηματικά μοντέλα χρησιμοποιούνται για την προσέγγιση των χαρακτηριστικών της διόδους πυριτίου και γερμανίου όταν η αντίσταση φορτίου είναι συνήθως υψηλή ή πολύ χαμηλή. Αυτές οι μέθοδοι βοηθούν στην επίλυση πραγματικών προβλημάτων. Αυτό το άρθρο περιγράφει τι είναι η προσέγγιση διόδων, οι τύποι προσεγγίσεων, τα προβλήματα και τα μοντέλα κατά προσέγγιση διόδων.

Τι είναι μια δίοδος;

ΠΡΟΣ ΤΗΝ δίοδος είναι ένας απλός ημιαγωγός με δύο τερματικά που ονομάζονται άνοδος και κάθοδος. Επιτρέπει τη ροή ρεύματος προς μία κατεύθυνση (προς τα εμπρός) και περιορίζει τη ροή ρεύματος προς την αντίθετη κατεύθυνση (αντίστροφη κατεύθυνση). Έχει χαμηλή ή μηδενική αντίσταση όταν είναι προς τα εμπρός και υψηλή ή άπειρη αντίσταση όταν είναι αντίστροφη μεροληπτική. Η άνοδος των τερματικών αναφέρεται στο θετικό μόλυβδο και η κάθοδος αναφέρεται στο αρνητικό μόλυβδο. Οι περισσότερες δίοδοι διεξάγουν ή επιτρέπουν τη ροή ρεύματος όταν η άνοδος συνδέεται με θετική τάση. Οι δίοδοι χρησιμοποιούνται ως ανορθωτές στο παροχή ηλεκτρικού ρεύματος.




Ημιαγωγός-δίοδος

ημιαγωγός-δίοδος

Τι είναι η προσέγγιση διόδων;

Η προσέγγιση της διόδου είναι μια μαθηματική μέθοδος που χρησιμοποιείται για την προσέγγιση της μη γραμμικής συμπεριφοράς των πραγματικών διόδων για την ενεργοποίηση υπολογισμών και κύκλωμα ανάλυση. Υπάρχουν τρεις διαφορετικές προσεγγίσεις που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση των κυκλωμάτων διόδων.



Πρώτη προσέγγιση διόδου

Στην πρώτη μέθοδο προσέγγισης, η δίοδος θεωρείται ως δίοδος προκαθορισμένης προς τα εμπρός και ως κλειστός διακόπτης με πτώση τάσης μηδέν. Δεν είναι κατάλληλο για χρήση σε πραγματικές συνθήκες, αλλά χρησιμοποιείται μόνο για γενικές προσεγγίσεις όπου δεν απαιτείται ακρίβεια.

Πρώτη προσέγγιση

πρώτη προσέγγιση

Προσέγγιση δεύτερης δίοδος

Στη δεύτερη προσέγγιση, η δίοδος θεωρείται ως δίοδος με πρόβλεψη προς τα εμπρός σε σειρά με α μπαταρία για να ενεργοποιήσετε τη συσκευή. Για να ενεργοποιηθεί μια δίοδος πυριτίου, χρειάζεται 0,7V. Τροφοδοτείται τάση 0,7V ή μεγαλύτερη για να ενεργοποιηθεί η δίοδος προς τα εμπρός. Η δίοδος απενεργοποιείται εάν η τάση είναι μικρότερη από 0,7V.

Δεύτερη προσέγγιση

δεύτερη προσέγγιση

Προσέγγιση τρίτης διόδου

Η τρίτη προσέγγιση μιας διόδου περιλαμβάνει τάση σε όλη τη δίοδο και τάση σε αντίσταση χύδην, Rσι. Η μαζική αντίσταση είναι χαμηλή, όπως λιγότερο από 1 ohm και πάντα μικρότερη από 10 ohm. Η μαζική αντίσταση, Rσιαντιστοιχεί στην αντίσταση των υλικών p και n. Αυτή η αντίσταση αλλάζει με βάση το ποσό της τάσης προώθησης και το ρεύμα που ρέει μέσα από τη δίοδο ανά πάσα στιγμή.


Η πτώση τάσης σε όλη τη δίοδο υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο

Βρε= 0,7V + Iρε* Ρσι

Και αν Rσι<1/100 RΘή Rσι<0.001 RΘ, το παραμελούμε

Τρίτη προσέγγιση

τρίτη προσέγγιση

Προβλήματα προσέγγισης διόδων με λύσεις

Ας δούμε τώρα δύο 2 παραδείγματα προβλημάτων προσέγγισης διόδων με λύσεις

1). Κοιτάξτε το παρακάτω κύκλωμα και χρησιμοποιήστε τη δεύτερη προσέγγιση της διόδου και βρείτε το ρεύμα που ρέει μέσω της διόδου.

Κύκλωμα-για-δίοδο-προσέγγιση

κύκλωμα-για-δίοδο-προσέγγιση

Εγώρε= (Vμικρό- Βρε) / R = (4-0.7) / 8 = 0.41Α

2). Κοιτάξτε και τα δύο κυκλώματα και υπολογίστε χρησιμοποιώντας την τρίτη μέθοδο προσέγγισης της διόδου

Κυκλώματα-χρήση-τρίτη μέθοδος

κυκλώματα-χρήση-τρίτη μέθοδο

Για το σύκο (a)

Η προσθήκη αντίστασης 1kΩ με μαζική αντίσταση 0,2Ω δεν κάνει καμία διαφορά στην ροή ρεύματος

Εγώρε= 9,3 / 1000,2 = 0,0093 Α

Εάν δεν μετράμε 0,2Ω, τότε

Εγώρε= 9,3 / 1000 = 0,0093 Α

Για το σύκο (β)

Για αντίσταση φορτίου 5Ω, η παράβλεψη της αντίστασης χύδην 0,2Ω φέρνει μια διαφορά στη ροή ρεύματος.

Επομένως, η μαζική αντίσταση πρέπει να ληφθεί υπόψη και η σωστή τιμή του ρεύματος είναι 1,7885 A.

Εγώρε= 9,3 / 5,2 = 1,75885 Α

Εάν δεν μετράμε 0,2Ω, τότε

Εγώρε= 9,3 / 5 = 1,86 Α

Συνοψίζοντας, εάν η αντίσταση φορτίου είναι μικρή, η μαζική αντίσταση εφαρμόζεται. Ωστόσο, εάν η αντίσταση φορτίου είναι πολύ υψηλή (που κυμαίνεται σε αρκετά κιλο-ωμ), τότε η αντίσταση χύδην δεν έχει καμία επίδραση στο ρεύμα.

Κατά προσέγγιση μοντέλα διόδων

Τα μοντέλα διόδων είναι μαθηματικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την προσέγγιση της πραγματικής συμπεριφοράς της διόδου. Θα συζητήσουμε τη μοντελοποίηση της σύνδεσης p-n που συνδέεται με κατεύθυνση προς τα εμπρός χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές.

Μοντέλο διόδου Shockley

Στο Μοντέλο διόδων Shockley εξίσωση, το ρεύμα διόδου Ι μιας διόδου σύνδεσης p-n σχετίζεται με την τάση διόδου VD. Υποθέτοντας ότι το VS> 0,5V και το ID είναι πολύ υψηλότερο από το IS, αντιπροσωπεύουμε το χαρακτηριστικό VI μιας διόδου από

Εγώρε= θμικρό(είναιVD / ηVT- 1) —— (i)

Με Kirchhoff's εξίσωση βρόχου, λαμβάνουμε την ακόλουθη εξίσωση

Εγώρε= (Vμικρό- Βρε/ R) ———- (ii)

Υποθέτοντας ότι οι παράμετροι της διόδου είναι και είναι η γνωστές, ενώ το ID και το IS είναι άγνωστες ποσότητες. Αυτά μπορούν να βρεθούν χρησιμοποιώντας δύο τεχνικές - Γραφική ανάλυση και Επαναληπτική ανάλυση

Επαναληπτική ανάλυση

Χρησιμοποιείται μια επαναληπτική μέθοδος ανάλυσης για την εύρεση τάσης διόδου VD σε σχέση με το VS για οποιαδήποτε δεδομένη σειρά τιμών χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή ή αριθμομηχανή. Η εξίσωση (i) μπορεί να αναδιοργανωθεί διαιρώντας την με IS και προσθέτοντας 1.

είναιVD / ηVT= I / Iμικρό+1

Εφαρμόζοντας το φυσικό ημερολόγιο και στις δύο πλευρές μιας εξίσωσης, το εκθετικό μπορεί να αφαιρεθεί. Η εξίσωση μειώνεται σε

Βρε/ ηVΤ= ln (I / I)μικρό+1)

Αντικαθιστώντας το (i) από το (ii) καθώς ικανοποιεί το νόμο του Kirchhoff και η εξίσωση μειώνεται σε

Βρε/ ηVΤ= (ln (Vμικρό–Vρε) / RIμικρό) +1

Ή

Βρε= ηVΤln ((Εμικρό- Βρε) / RIμικρό+1)

Καθώς το Vs είναι γνωστό ότι εκτιμά, το VD μπορεί να μαντέψει και η τιμή τοποθετείται στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης και εκτελώντας συνεχείς λειτουργίες, μπορεί να βρεθεί μια νέα τιμή για το VD. Μόλις βρεθεί VD, ο νόμος του Kirchhoff χρησιμοποιείται για να βρει I.

Γραφική λύση

Σχεδιάζοντας τις εξισώσεις (i) και (ii) στην καμπύλη I-V, λαμβάνεται μια κατά προσέγγιση γραφική λύση στη διασταύρωση δύο γραφημάτων. Αυτό το σημείο τομής στο γράφημα ικανοποιεί τις εξισώσεις (i) και (ii). Η ευθεία γραμμή στο γράφημα αντιπροσωπεύει τη γραμμή φόρτωσης και η καμπύλη στο γράφημα αντιπροσωπεύει τη χαρακτηριστική εξίσωση διόδου.

Γραφικό-λύση-για-προσδιορισμό-το-λειτουργικό σημείο

γραφικό-λύση-προς-προσδιορισμό-το-λειτουργικό σημείο

Γραμμικό μοντέλο Piecewise

Καθώς η μέθοδος γραφικής λύσης είναι ιδιαίτερα περίπλοκη για σύνθετα κυκλώματα, χρησιμοποιείται μια εναλλακτική προσέγγιση μοντελοποίησης διόδων, γνωστή ως γραμμική μοντελοποίηση κατά τεμάχιο. Σε αυτήν τη μέθοδο, μια συνάρτηση αναλύεται σε πολλαπλά γραμμικά τμήματα και χρησιμοποιείται ως χαρακτηριστική καμπύλη διόδων.

Το γράφημα δείχνει την καμπύλη VI μιας πραγματικής διόδου που προσεγγίζεται χρησιμοποιώντας γραμμικό μοντέλο δύο τεμαχίων. Μια πραγματική δίοδος ταξινομείται σε τρία στοιχεία σε σειρά: μια ιδανική δίοδος, η πηγή τάσης και a αντίσταση . Η εφαπτομένη που σχεδιάζεται στο σημείο Q προς την καμπύλη διόδων και η κλίση αυτής της γραμμής είναι ίση με την αντίστροφη αντίσταση της διόδου στο σημείο Q.

Κομμάτι-γραμμική-προσέγγιση

κατά προσέγγιση-γραμμική-προσέγγιση

Μαθηματικά ιδανική δίοδος

Μια μαθηματικά εξιδανικευμένη δίοδος αναφέρεται σε μια ιδανική δίοδο. Σε αυτόν τον τύπο ιδανικής διόδου, το ρεύμα η ροή είναι ίση με το μηδέν όταν η δίοδος είναι αντίστροφη προκατειλημμένη. Το χαρακτηριστικό μιας ιδανικής διόδου είναι η αγωγή σε 0V όταν εφαρμόζεται θετική τάση και η ροή ρεύματος θα είναι άπειρη και η δίοδος συμπεριφέρεται σαν βραχυκύκλωμα. Εμφανίζεται η χαρακτηριστική καμπύλη μιας ιδανικής διόδου.

I-V-Χαρακτηριστικό-καμπύλη

I-V-χαρακτηριστική καμπύλη

Συχνές ερωτήσεις

1). Ποιο μοντέλο διόδων αντιπροσωπεύει την πιο ακριβή προσέγγιση;

Η τρίτη προσέγγιση είναι η ακριβέστερη προσέγγιση καθώς περιλαμβάνει τάση διόδων 0,7V, τάση σε όλη την εσωτερική αντίσταση όγκου μιας διόδου και αντίστροφη αντίσταση που προσφέρεται από μια δίοδο.

2). Ποια είναι η τάση διακοπής της διόδου;

Η τάση διάσπασης μιας διόδου είναι η ελάχιστη αντίστροφη τάση που εφαρμόζεται για να κάνει την κατανομή της διόδου και να διεξαχθεί στην αντίστροφη κατεύθυνση.

3). Πώς δοκιμάζετε μια δίοδο;

Για να δοκιμάσετε μια δίοδο, χρησιμοποιήστε ένα ψηφιακό πολύμετρο

  • Αλλάξτε τον διακόπτη επιλογής πολύμετρου σε λειτουργία ελέγχου διόδων
  • Συνδέστε την άνοδο με το θετικό καλώδιο του πολύμετρου και την κάθοδο με το αρνητικό καλώδιο
  • Το πολύμετρο δείχνει ένδειξη τάσης μεταξύ 0,6V και 0,7V και γνωρίζει ότι η δίοδος λειτουργεί
  • Τώρα αντιστρέψτε τις συνδέσεις του πολύμετρου
  • Εάν το πολύμετρο εμφανίζει μια άπειρη αντίσταση (πάνω από το εύρος) και γνωρίζει ότι η δίοδος λειτουργεί

4). Είναι η δίοδος ρεύμα;

Η δίοδος δεν είναι ούτε ελεγχόμενη από ρεύμα ούτε ελεγχόμενη τάση συσκευή. Διεξάγει εάν οι θετικές και αρνητικές τάσεις δίνονται σωστά.

Αυτό το άρθρο συζήτησε τους τρεις τύπους δίοδος μέθοδος προσέγγισης. Συζητήσαμε πώς μια δίοδος μπορεί να προσεγγιστεί όταν η δίοδος λειτουργεί ως διακόπτης με λίγα αριθμητικά. Τέλος, συζητήσαμε διάφορους τύπους μοντέλων διόδου κατά προσέγγιση. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποια είναι η λειτουργία μιας διόδου;