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 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: ( ) 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 Y 1

7 Χαρακτηριστική - Διόδο Πριτίο i 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 1 ή 2

8 Επίδραση της θερμοκρασίας στη χαρακτηριστική ορθής πόλωσης της διόδο Για σταθερό ρεύμα, η τάση ορθής πόλωσης της διόδο ελαττώνεται 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 ηt R Το σημείο λειτοργίας Q βρίσκεται από τη λύση το σστήματος.

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

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

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

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

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

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

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 pp η T R 2 r R + r π.χ. αν ( 10 ± 1), 0. 7 & R 20kΩ pp 10. 7m

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 Z0 για + Z Z r Z > ZK και > Z Z0

20 Παράλληλος σταθεροποιητής τάσης με Zener C s R Z L + O Φόρτος Ρύθμιση γραμμής Δ Ο /Δ S Ρύθμιση φορτίο Δ O /Δ L - O Z0 R R + r Z Ρύθμιση γραμμής rz + S R + r rz R + r Z Z L ( r Z //R) Ρύθμιση φορτίο //R r Z Επιλογή της αντίστασης R ώστε το ρεύμα της Zener να μη γίνεται πολύ χαμηλό: R S min Z 0 + Z min r Z Lmax Z min

21 Άσκηση 1 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 Άσκηση 2 Δίνεται το κύκλωμα σταθεροποίησης τάσης το σχήματος. Η τάση τροφοδοσίας s 8 εμφανίζει κμάτωση 1 από κορφή σε κορφή. Η C τάση στο φόρτο είναι Ο 5. Να ερεθεί το ρεύμα πο διαρρέει τη δίοδο Zener στο σημείο ηρεμίας. Ποια είναι η μέγιστη επιτρεπτή δναμική αντίσταση r Z της διόδο Zener αν η κμάτωση της τάσης εξόδο δεν πρέπει να ξεπερνάει τα 10m από κορφή σε κορφή. Δίνονται: R20Ω και R L 100Ω. R L Z + C s O R L -

23 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 ενέργεια σε ηλεκτρική.

24 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.

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

26 Ανορθωτής Ημικύματος ή Ημιανορθωτής O 0, 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

27 Άσκηση: Για τον ημιανορθωτή, θεωρώντας ότι r 0, να αποδειχθούν τα ακόλοθα: α) Η δίοδος αρχίζει να άγει σε γωνία Θsin -1 ( 0 / s ) και άγει σνολικά μέσα σε γωνία (π-2θ). β) Η μέση τιμή της Ο είναι O (1/π) s - 0 /2. γ) Η τιμή κορφής το ρεύματος είναι ( s - 0 )/R. 0 a) s sinθ 0 sinθ Θ sin s 1 Η δίοδος παύει να άγει για π-θ >Ολική αγώγιμη γωνία (π-θ)-θπ-2θ 0 s β ) Ο S 0 s sin θ 0 γ ) O 1 2π s 2π 1 2π π Θ Θ π Θ Θ 2π 0 ( ( s s sin θ sin θ 0 0 sin θθ 2π 0 )θ )θ π Θ θ s 0 s 2cos Θ ( π 2Θ ) 2π 2π π 2 S 0 S 0 + ir i R Θ R s 0 0

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

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

30 Άσκηση: Για τον ανορθωτή γέφρας το σχήματος, θεωρώντας για τις διόδος το μοντέλο σταθερής τάσης, να πολογιστούν: α) το ποσοστό της περιόδο κατά το οποίο η τάση εξόδο Ο παραμένει μηδενική και β) η μέση τιμή της Ο, όταν στην είσοδο εφαρμόζεται ημιτονικό σήμα τάσης.

31 Άσκηση: Το κύκλωμα το σχήματος λοποιεί έναν ανορθωτή σμπληρωματικής εξόδο. Σχεδιάστε τις κματομορφές εξόδο ο + και ο -. Θεωρήστε 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;

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

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

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

35 Ανορθωτής κορφής πλήρος κύματος i i 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

36 Περιορισμός ή Ψαλιδισμός

37 Κκλώματα Περιορισμού - Ψαλιδισμού

38 Άσκηση: Να σχεδιαστεί η χαρακτηριστική μεταφοράς το κκλώματος αν οι δίοδοι θεωρηθούν ιδανικές R R 1/2-5 5 O -5 R 5 1/2 για δεν για για Λύση: 5 5 άγει 5 κανένας κλάδος άγει ο δεύτερος κλάδος 5 Ι R+ 5 + R 2R Ο 1 O 5 + R O + 2,5 κλίση 2 Δ 2 5 άγει ο πρώτος κλάδος + 5 Ι R 5 + R 2R Ο 1 O 5 + R O 2,5 κλίση 2 Δ 2 O Ι Ι

39 Αποκατάσταση σνεχούς τάσης

40 Διπλασιασμός Τάσης