0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4. Volts. Από τον κανόνα Kirchhoff: Ευθεία φόρτου: Όταν I 0 η (Ε) γίνεται V VD V D

Transcript

1 Πρόβλημα 1 Μία μπαταρία 1,5 volt πολώνει ορθά μία δίοδο που έχει συνδεθεί στη σειρά με μία αντίσταση 20Ω. α) χρησιμοποιήστε την χαρακτηριστική της διόδου για να προσδιορίσετε το σημείο λειτουργίας. β) Συγκρίνετε τις τιμές με τα αποτελέσματα που θα βρείτε εφαρμόζοντας το μοντέλο της τέλειας διόδου και της σταθερής τάσης στην δίοδο. Current (ma) ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 olts Λύση: Από τον κανόνα Kirchhoff: I R (Ε) D D Ευθεία φόρτου: Όταν 0 η (Ε) γίνεται I R D 1,5 I D 7, 5mA 20 Όταν I 0 η (Ε) γίνεται D D 1, 5 D Η ευθεία φόρτου κόβει τη χαρακτηριστική της διόδου στο σημείο (0,87, 3mA) που είναι η τάση και το ρεύμα λειτουργίας της διόδου. D 1

2 Μοντέλο της τέλειας διόδου: Όταν στην δίοδο εφαρμόζεται θετική τάση τότε άγει χωρίς αντίσταση οπότε η δίοδος θα αντικατασταθεί με βραχυκύκλωμα. Στην περίπτωση αυτή 1,5 I D 7, 5mA 20 Μοντέλο της σταθερής τάσης στα άκρα της διόδου: Από την χαρακτηριστική φαίνεται ότι η χαρακτηριστική παρουσιάζει γόνατο στα 0,8olt. Η δίοδος θα αντικατασταθεί με μία πηγή τάσης 0,8olt αλλά με πολικότητα αντίθετη με αυτή της πηγής (ο θετικός πόλος προς την πλευρά της μπαταρίας και ο αρνητικός προς την αντίσταση). 1,5 0,8 Από τον κανόνα Kirchhoff 1,5 0,8 ID 20 I D 3, 5mA 20 Πρόβλημα 2 Για ποια τιμή της ανάστροφης τάσης που εφαρμόζεται σε μια δίοδο Si το ανάστροφο ρεύμα θα γίνει ίσο με το 95% της τιμής του ρεύματος κορεσμού σε θερμοκρασία δωματίου; Θεωρήστε το συντελεστή ιδανικότητας να έχει την τιμή n=2 και την απόλυτη θερμοκρασία kelvin. (-150m) β) ποιος είναι ο λόγος του ρεύματος ορθής και αναστροφής πόλωσης όταν η τάση είναι 0,2; (54,6) α) I I s e n I n 95 n 5 Th Th Th 1 e 1 1 e ln 150m Is 100 nth 100 β) n I Th 1 f Is e και n I Th r Is e 1 για =0,2olt στην ορθή πόλωση και =-0,2olt στην ανάστροφη και συντελεστή n=2 προκύπτει ότι: 0,2 20,025 I 1 f Is e και I r I s e 0,2 20,025 1 I I f r e e 0,2 20,025 0,2 20,025 Πρόβλημα e 54,6 1 1 Μία δίοδος συνδέεται με μια αντίσταση στη σειρά και τροφοδοτούνται από μία πηγή τάσης. Η τάση της πηγής είναι 5olt και η αντίσταση 1kΩ. Με την βοήθεια της χαρακτηριστικής της διόδου προσδιορίστε τα ακόλουθα: α) το ρεύμα στο κύκλωμα και την τάση στα άκρα της αντίστασης. β) την ισχύ που ξοδεύεται επάνω στη δίοδο. γ) ποιο θα είναι το ρεύμα της διόδου εάν η αντίσταση αλλάξει στα 2 και στα 5kΩ; 2

3 7 6 5 Current (ma) olts Για αντίσταση R=2kΩ: Από την ευθεία φόρτου προκύπτει ότι ID=4,3mA D=0,7 olt οπότε IR=4,3mA και R=5-0,7=4,3olt P=IDD=3mW Πρόβλημα 4 Η δυναμική αντίσταση μιας διόδου zener είναι 12Ω και συνδέεται στο διπλανό κύκλωμα. Υπολογίστε την τιμή της αντίστασης (1090Ω) καθώς και την μέγιστη και ελάχιστη τιμή της τάσης zener. (8,14, 8,27) 3

4 Πρόβλημα 5 i) Υπολογίστε το ρεύμα και την ισχύ που καταναλώνεται επάνω στη δίοδο Zener καθώς και την μέγιστη απόκλιση της τάσης. Δίνεται ότι η δυναμική αντίσταση της διόδου είναι 15Ω. (76mA, 912mW, 11,74, 12,26) ii) Εάν η αντίσταση πάρει τη μισή τιμή και η δυναμική αντίσταση γίνει 50Ω προσδιορίστε το ακόλουθα: α) τη μέγιστη και ελάχιστη τιμή του ρεύματος. (182mA, 118mA) β) την ισχύ που ξοδεύεται επάνω στη δίοδο (1,824W) γ) τη μέγιστη και ελάχιστη τιμή της τάσης zener. (13,5, 11,35) δ) τη μέγιστη και ελάχιστη τιμή της ισχύος επάνω στη δίοδος zener. (2,46W, 1,36W) 4

5 Πρόβλημα 6 i) Προσδιορίστε το σημείο λειτουργίας και την ισχύ που ξοδεύεται επάνω στη δίοδο του σχήματος (0,88, 21,25mA). ii) α εάν μία δεύτερη ο μία δίοδος συνδεθεί παράλληλα με την πρώτη δίοδο προσδιορίστε τα ακόλουθα α) το ρεύμα που διαρρέει κάθε δίοδο (10mA) β) το συνολικό ρεύμα (20mA) γ) την ισχύ που ξοδεύεται σε κάθε δίοδο (8mW) 5

6 Current (ma) ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 olts iii) Περιγράψτε το όφελος που προκύπτει όταν συνδέουμε τις διόδους παράλληλα σε ένα κύκλωμα πλήρους ανόρθωσης. 6

7 Πρόβλημα 7 i) Προσδιορίστε το σημείο λειτουργίας καθώς και την ισχύ που ξοδεύεται από τη δίοδο στο κύκλωμα (1,27, 35mA) ii) Αν μία δεύτερη ο μία δίοδος συνδεθεί παράλληλα με την πρώτη προσδιορίστε τα επόμενα: α) το νέο σημείο λειτουργίας της κάθε διόδου β) την ισχύ που ξοδεύεται σε κάθε δίοδο γ) δείξτε ότι το κύκλωμα ακολουθεί τον νόμο του Kirchoff. iii) Περιγράψτε το όφελος που προκύπτει όταν οι δίοδοι συνδέονται στη σειρά. Περιγράψτε το όφελος που προκύπτει όταν οι δίοδοι συνδέονται παράλληλα. Πρόβλημα 8 Σχεδιάστε την κυματομορφή της εξόδου για τα ακόλουθα κυκλώματα: 7

8 Πρόβλημα 9 α) Προσδιορίστε το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα. (50mA). β) Υπολογίστε τον διαφορικό συντελεστή θερμοκρασίας των διόδων που υπάρχουν μέσα στο κύκλωμα όταν οι συντελεστές θερμοκρασίας της κάθε διόδου χωριστά είναι οι ακόλουθοι: (1,1m/ 0 C) Zener 8,2 Zener 4,7 Zener 3,3 2,2m/ 0 C -1,8m/ 0 C -1,5m/ 0 C Προσδιορίστε την ενεργό μεταβολή στην τάση εξόδου όταν η θερμοκρασία λειτουργίας μεταβληθεί κατά 50 βαθμούς Κελσίου. (±55m) 8

9 Πρόβλημα 10 i) Προσδιορίστε τις τιμές της αντίστασης R και της αντίστασης φορτίου RL όταν ΙΖ=ΙL=150mA (80Ω, 60Ω) ii) Προσδιόρισε την ισχύ που ξοδεύεται από τη δίοδο Zener καθώς και την συνολική ισχύ που ξοδεύετε από το κύκλωμα (1,8W, 9W). iii) Εάν η δυναμική αντίσταση της διόδου είναι 5Ω. υπολογίστε την νέα τάση zener όταν το φορτίο είναι ένα ανοιχτό κύκλωμα. Επαναλάβετε για την περίπτωση που η δυναμική αντίσταση zener είναι 10Ω και 20Ω. iii) α) Εάν η τάση εισόδου μεταβάλλεται κατά ±20% προσδιορίστε την αντίστοιχη μεταβολή στην τάση της διόδου zener (±0,462, ±0,857, ±1,5) β) Περιγράψτε γιατί η δυναμική αντίσταση της διόδου zener επιδρά στην σταθερότητα της τάσης στα άκρα της διόδου. 9

10 Εάν η δυναμική αντίσταση της Zener είναι rd=0, η χαρακτηριστική είναι κάθετη στον άξονα των τάσεων οπότε οποιαδήποτε μεταβολή στο ρεύμα που διαρρέει την δίοδο δεν προκαλεί μεταβολή στην τάση Zener. Η τάση Zener είναι ανεξάρτητη των μεταβολών της τάσης στην είσοδο. 10

11 Όταν η δίοδος έχει σταθερή δυναμική αντίσταση, η χαρακτηριστική δεν είναι κάθετη στον οριζόντιο άξονα. Όσο μεγαλύτερη είναι η δυναμική αντίσταση τόσο μεγαλύτερη είναι η μεταβλητότητα της τάσης Zener σε σχέση με την ονομαστική της τιμή. 11