Η ιδανική Δίοδος. Ορθή πόλωση Χαρακτηριστική τάσης ρεύματος της ιδανικής διόδου. Ανάστροφη πόλωση

Transcript

1 Δίοδοι

2 Η ιδανική Δίοδος Ορθή πόλωση Χαρακτηριστική τάσης ρεύματος της ιδανικής διόδο. Ανάστροφη πόλωση

3 Εφαρμογή: Ο ιδανικός Ανορθωτής Κύκλωμα Ανορθωτή Κματομορφή μ Εισόδο Ορθή πόλωση Ανάστροφη πόλωση Ημιανόρθωση: p C π Κματομορφή Εξόδο

4 Κύκλωμα διόδο-αντίστασης Το κύκλωμα διόδο με αντίσταση σε σειρά Χαρακτηριστική μεταφοράς το κκλώματος Κματομορφή Εισόδο Κματομορφή τάσης στα άκρα της διόδο

5 Παράδειγμα: Φόρτιση μπαταρίας Κύκλωμα φόρτισης μπαταρίας 12 Κματομορφές τάσης εισόδο και ρεύματος Η δίοδος άγει όσο s >12. Ατό σμβαίνει για γωνία αγωγής 2θ όπο: 24cosθ12 > θ60 0 Η μέγιστη τιμή το ρεύματος της διόδο είναι: ( ) d 0.12A 100Ω Η μέγιστη τάση ανάστροφης πόλωσης της διόδο ισούται με: P

6 Λογικές Πύλες με Διόδος kΩ 3 2 1kΩ 1 Πύλη OR YA+B+C 3mA Y 3 Πύλη AN YA B C 4mA 1 Y

7 Χαρακτηριστική - Διόδο Πριτίο s exp 1 ηt Στατική Χαρακτηριστική - της Διόδο Τάση Κατάρρεσης Ορθή πόλωση Σμπιεσμένη κλίμακα Κατάρρεση Ανάστροφη πόλωση Διερμένη κλίμακα 0.5 > Τάση αποκοπής 0.7 > Τάση ορθής πόλωσης T kt 25m q η 1ή 2

8 Επίδραση της θερμοκρασίας στη χαρακτηριστική ορθής πόλωσης της διόδο Για σταθερό ρεύμα, η τάση ορθής πόλωσης της δόδο διόδο ελαττώνεται ε α κατά 2m για κάθε βαθμό Κελσίο αύξηση της θερμοκρασίας.

9 Ανάλση Κκλωμάτων Διόδων () C Ανάλση Χαρακτηριστική της διόδο Σημείο λειτοργίας Εθεία φόρτο Κλίση Χαρακτηριστική της Διόδο: Εθεία φόρτο: R + s exp η T R Το σημείο λειτοργίας Q βρίσκεται από τη λύση το σστήματος.

10 Ανάλση Κκλωμάτων Διόδων () R3 R 3 <R 2 <R 1 Q 3 Rσταθ σταθ. R 2 σταθ. Q 2 R 1 Q 3 Q 2 Q 1 Q Μεταβολή Τάσης Πόλωσης Μεταβολή Αντίστασης

11 Απλοστεμένα Μοντέλα Διόδων (Ι) Το κατά τμήματα Γραμμικό Μοντέλο Η εκθετική Εθύγραμμο τμήμα Β χαρακτηριστική Κλίση Εθύγραμμο τμ. Α

12 Απλοστεμένα Μοντέλα Διόδων (ΙΙ) Κλίση Ιδανική Δίοδος Ισοδύναμο κύκλωμα διόδο με αντίσταση 0 για 0 0 για > r 0 Ιδανική Δίοδος

13 Παράδειγμα: Αν 5, , R1kΩ καιr 20Ω, να πολογιστούν ται και. Ιδανική Δίοδος r + R 0 (5-0.65) 4.26mA 20Ω + 1kΩ + r mA 20 Ω

14 Απλοστεμένα Μοντέλα Διόδων (ΙΙΙ) Το Μοντέλο Σταθερής Πτώσης Τάσης Εθ. Τμ. Β (κατακόρφο) Ιδανική Δίοδος Εθ. Τμ. Α (οριζόντιο)

15 Απλοστεμένα Μοντέλα Διόδων-Σύνοψη

16 Μοντέλο Μικρού Σήματος της Διόδο ) (t ) t ( d + Η σνολική στιγμιαία τάση της διόδο είναι: Κλίση1/r d Εφαπτομένη στο Q Αντίστοιχα το σνολικό στιγμιαίο ρεύμα: T d T )/ ( / e e ) (t η η + Σημείο πόλωσης Q T d T d T / / / s s s e e e e e ) (t η η η T d T d ) (t ) η (1 ) (t 1 Αν << η d d d d d T 1 η ) (t + + η T r d T d η r Αντίσταση μικρού σήματος ή δναμική αντίσταση της διόδο. AC Ανάλση d d r 1 g

17 Λειτοργία Μικρού Σήματος της Διόδο Πραγματικό κύκλωμα Ισοδύναμο κύκλωμα Κύκλωμα για C ανάλση Κύκλωμα για AC ανάλση R + s d d ( R + r d rd s R + r d )

18 Χρήση της Διόδο για σταθεροποίηση τάσης Σε ένα σταθεροποιητή τάσης, η τάση εξόδο πρέπει να διατηρείται σταθερή: α) παρά τις μεταβολές το ρεύματος φόρτο β) παρά τις μεταβολές της τροφοδοσίας το σταθεροποιητή. r d R ηt dpp 2Δ rd R + r d π.χ. αν dpp 10. 7m ( 10 ± 1 ), 0. 7 & R 20k Ω

19 Λειτοργία στην περιοχή κατάρρεσης- Δίοδοι Zener ZK, ZK : «γόνατο» της χαρακτηριστικής Ι ΖΤ : ρεύμα δοκιμής r Z Δ/Δ : δναμική αντίσταση Z0: σημείο τομής της εθείας με τον άξονα των τάσεων ~ ZK Ισοδύναμο Κύκλωμα της Zener Z Z 0 + Z Z r Z για > και > ZK Z Z 0

20 Παράλληλος σταθεροποιητής τάσης με Zener R L Ρύθμιση γραμμής Δ Ο /Δ S + Z s O Φόρτος Ρύθμιση φορτίο Δ O /Δ L - O Z 0 R R + r Z Ρύθμιση γραμμής rz + S R + r rz R + r Z Z L ( r Z //R) Ρύθμιση φορτίο r Z //R Επιλογή της αντίστασης R ώστε το ρεύμα της Zener να μη γίνεται πολύ χαμηλό: R S mn Z 0 + Z mn r Z Lmax Z mn

21 Άσκηση Για μία δίοδο Zener δίνεται ότι Z 10 για Z 10mA και r Z 50Ω. Να πολογιστεί η Z α) ) αν το ρεύμα διπλασιαστεί και β) αν το ρεύμα ποδιπλασιαστεί. Ποια η τιμή Z0 για το μοντέλο της διόδο. Το μοντέλο της Zener

22 Φωτοδίοδοι Αν η περιοχή απογύμνωσης της διόδο επαφής pn φωτιστεί από φως αρκετά ψηλής σχνότητας, τα φωτόνια μπορούν να δώσον αρκετή ενέργεια ώστε να επιτρέψον στα ηλεκτρόνια να περάσον το ενεργειακό χάσμα το ημιαγωγού και να δημιοργήσον ζεύγη οπών-ηλεκτρονίων. Οι φωτοφωρατές μετατρέπον το φως σε ηλεκτρικό σήμα. Σνήθως πολώνονται ανάστροφα ώστε να αξηθεί το εύρος της περιοχής απογύμνωσης. Τα ηλιακά κύτταρα μετατρέπον την ηλιακή Τα ηλιακά κύτταρα μετατρέπον την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική.

23 Δίοδοι Φωτοεκπομπής (LE) Όταν ηλεκτρόνια και οπές επανασνδέονται, απελεθερώνον ενέργεια. Ατή η ενέργεια σχνά απελεθερώνεται σαν θερμότητα μέσα στον κρύσταλλο,, αλλά σε μερικά λικά μετατρέπεται σε φως. Κατασκεάζονται LE σε μεγάλη περιοχή μηκών κύματος. Το πλαστικό περίβλημα βοηθάει στην κατεθντικότητα της δέσμης.

24 Κκλώματα Ανορθωτών Ανορθωτής Διόδο Φίλτρο Σταθεροποιητής τάσης Φόρτος Σχηματικό διάγραμμα τροφοδοτικού C

25 Ανορθωτής Ημικύματος ή Ημιανορθωτής 0, < O S 0 O S R R + r 0 R R + r, S 0 για r << R O S 0 με Χαρακτηριστική μεταφοράς το ανορθωτή ημικύματος Σημαντικά χαρακτηριστικά: Μέγιστο ρεύμα ορθής πόλωσης Μέγιστη τάση ανάστροφης πόλωσης P s

26 Άσκηση: Για τον ημιανορθωτή, θεωρώντας ότι r 0, να αποδειχθούν τα ακόλοθα: α) Η δίοδος αρχίζει να άγει σε γωνία Θsn -1 ( 0 / s ) και άγει σνολικά μέσα σε γωνία (π-2θ). β) Ημέσητιμήτης Ο είναι O (1/π) s - 0 /2. γ) Ητιμή κορφής το ρεύματος είναι ( s - 0 )/R. 0 a) s snθ 0 snθ Θ sn s 1 Η δίοδος παύει να άγει για π-θ >Ολική αγώγιμη γωνία (π-θ)-θπ-2θ 0 s β ) Ο S sn θ 0 s 0 γ ) O 1 2π 2 π 1 2π π Θ Θ π Θ s 2 π Θ 0 ( ( s s sn θ sn θ 0 0 sn θdθ 2 π 0 )d θ )d θ π Θ dθ s s 2cos Θ ( π 2Θ ) 2π 2π π 2 S 0 S 0 + R d R Θ 0 0 R s 0

27 Ανορθωτής Πλήρος Κύματος ή Πλήρης Ανορθωτής Χαρακτηριστική μεταφοράς το ανορθωτή πλήρος κύματος P ( s 0 ) + s 2 s 0

28 Ανορθωτής Γέφρας Δεν χρειάζεται μετασχηματιστής με μεσαία λήψη. 3 P ( ανάστροφη ) + s O s 2 - (ορθή) 0 0 Πλεονεκτήματα: Μικρό P Περίπο μισές σπείρες δετερεύοντος

29 Άσκηση: Για τον ανορθωτή γέφρας το σχήματος, θεωρώνταςγιατιςδιόδος το μοντέλο σταθερής τάσης, να πολογιστούν: α) το ποσοστό της περιόδο κατά τοοποίοητάσηεξόδο Ο παραμένει μηδενική και β) ημέσητιμήτης Ο, όταν στην είσοδο εφαρμόζεται ημιτονικό σήμα τάσης.

30 Άσκηση: Το κύκλωμα το σχήματος λοποιεί έναν ανορθωτή σμπληρωματικής εξόδο. Σχεδιάστε τις κματομορφές εξόδο + ο+ και - ο. Θεωρείστε για τις διόδος το μοντέλο σταθερής τάσης με 0,7. Αν η μέση τιμή της τάσης για κάθε έξοδο πρέπει να είναι 15, να πολογιστεί το πλάτος το ημιτόνο στα δετερεύοντα τλίγματα το μετασχηματιστή. Ποιο είναι το P για κάθε δίοδο;

31 Ανορθωτής με Φίλτρο Πκνωτή Χρησιμοποιείται πκνωτής για μείωση της κμάτωσης. Ιδανική δίοδος και ιδανικός πκνωτής.

32 Ανορθωτής με Φίλτρο RC Ιδανική δίοδος και RC>>T. O L d C R + + Η δίοδος άγει κατά Δt, όπο: L L C dt C + + p 2 O 1 0 t t r p O T r p O p L O p r 2 1 R << ή ακριβέστερα C σταθ. p 2

33 Ανορθωτής με Φίλτρο RC (σνέχεια) Υπολογισμός το ρεύματος της διόδο Κατά την αποκοπή: O p e t / RC στο τέλος της p για r p e T / RC RC >> T e εκφόρτισης: T / RC Ο αγώγιμος χρόνος Δt πολογίζεται από την: Q Δt Q sup lost av Cav C L r (1+ π 2 p / r ) 1 p για T RC r cos( ωδt) ωδt p μικρά (ωδt) 2 / T RC p 1 cos( ωδt) 1- ( ωδt) 2 r p r p frc 2 max (1+ 2π L 2 p / r ) 2 av

34 Ανορθωτής κορφής πλήρος κύματος r av max p Σε σύγκριση με τον ανορθωτή κορφής 2 frc ημικύματος: L(1+π p / 2r ) Απαιτείται πκνωτής με τη μισή χωρητικότητα. L(1+ 2π p / 2r ) Το ρεύμα σε κάθε δίοδο είναι περίπο το μισό. Εφαρμογές: Φωρατής κορφής (Peak etector) Αποδιαμορφωτής ΑΜ

35 Περιορισμός ή Ψαλιδισμός

36 Κκλώματα Περιορισμού - Ψαλιδισμού

37 Άσκηση: Να σχεδιαστεί η χαρακτηριστική μεταφοράς το κκλώματος αν οι δίοδοι δ θεωρηθούν θ ιδανικές R R -5 5 O R 5 1/2 για δεν για Λύση: 5 άγει 5 5 κανένας κλάδος O άγει ο δεύτερος κλάδος 5 Ι R R 2R Δ O 5 + R O + 2,5 κλίση 2 Δ για 5 άγει ο πρ ώτος κλ ά δος 5 R 5 + R + Ι 2R 5 + R O 2,5 2 Ο Ι Δ Δ Ο O κλίση 1/2 Ι 2 1

38 Αποκατάσταση σνεχούς τάσης

39 Διπλασιασμός Τάσης