Η Ιδανική ίοδος. Η Ιδανική ίοδος σε Ανορθωτή. Ανάστροφη Πόλωση. Ορθή Πόλωση

Transcript

1 ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Κκλώµατα ιόδων Κκλώµατα ιόδων Γ. Τσιατούχας ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Κκλώµατα ιόδων 2

2 Η Ιδανική ίοδος Άνοδος Κάθοδος Ανάστροφη Πόλωση 0 Ορθή Πόλωση Αν στην ιδανική δίοδο εφαρµοστεί µια αρνητική τάση, δεν ρέει καθόλο ρεύµα και η δίοδος σµπεριφέρεται ως ανοικτό κύκλωµα. Λέµε ότι η δίοδος είναι ανάστροφα πολωµένη ή σε αποκοπή. Αν στην ιδανική δίοδο εφαρµοστεί µια θετική τάση, κατά µήκος της διόδο εµφανίζεται µηδενική πτώση τάσης και η δίοδος σµπεριφέρεται ως βραχκύκλωµα. Λέµε ότι η δίοδος είναι ορθά πολωµένη ή ότι άγει. Κκλώµατα ιόδων 3 Η Ιδανική ίοδος σε Ανορθωτή Σήµα Εισόδο Κύκλωµα Ανορθωτή και Σήµα Εισόδο Περιοχή Ορθής Πόλωσης Περιοχή Ανάστροφης Πόλωσης ΙσοδύναµαΚκλώµατα Ορθή & Ανάστροφη Πόλωση ΣήµαΕξόδο Ο ΣήµαΕξόδο (Το Σήµα Εισόδο Ανορθωµένο) Κκλώµατα ιόδων 4 2

3 ΙV Χαρακτηριστική ιόδο Πριτίο Περιοχή Κατάρρεσης Κατάρρεση Τάση Κατάρρεσης Σµπιεσµένη Κλίµακα Ανάστροφη Πόλωση ιερµένη Κλίµακα Ορθή Πόλωση V 0 Τάση Αποκοπής Στατική ΙV Χαρακτηριστική ιόδο V 0 0.7V για Τ293Κ V 0 ναµικό Επαφής I S (e ηv ) V το θερµικό δναµικό Τ293Κ η 2 για S Κκλώµατα ιόδων 5 Απλοστεµένα Μοντέλα ιόδων κλί ση Ορθή Πόλωση κλί ση Ανάστροφη Πόλωση I S V 0 Τάση Αποκοπής I S Ανάστροφη Πόλωση >> Ορθή Πόλωση << V 0 Κκλώµατα ιόδων 6 3

4 Ανάλση Κκλωµάτων ιόδων (Ι) C ανάλση Εθεία Φόρτο: κλίση V I V V I Q V I V KVL Νόµος Επαφής: I I I V S (e V V ηv ) V V Ηλύση το σστήµατος δίνει το σηµείο λειτοργίας Q Κκλώµατα ιόδων 7 Ανάλση Κκλωµάτων ιόδων (ΙΙ) I I 3 3 < 2 < Q 3 σταθ. 2 V σταθ. Q 2 Q Q 3 Q 2 Q V V 2 V 3 V V V Μεταβολή Τάσης Πόλωσης Μεταβολή Αντίστασης Κκλώµατα ιόδων 8 4

5 Ανάλση Κκλωµάτων ιόδων (ΙΙΙ) C ανάλση I 0 όταν V < V 0 V V V I V Μοντέλο ιόδο 0 V 0 όταν Ιδανική δίοδος V V 0 V I KVL V 0 I V Q V Εφαπτοµένη στο Q κλί ση V V 0 Κκλώµατα ιόδων 9 Λειτοργία µε Ασθενές Σήµα (I) ΑC ανάλση (V, I ) κλί ση V ~ S V I Q ()V s sn(ω) V 2V s ~ Ισοδύναµο Κύκλωµα Ασθενούς Σήµατος S V Κκλώµατα ιόδων 0 5

6 Λειτοργία µε Ασθενές Σήµα (II) ΑC ανάλση (V, I ) κλί ση ~ V Ισοδύναµο Κύκλωµα Ασθενούς Σήµατος g Ηκλίση της εφαπτοµένης στο σηµείο λειτοργίας Q δίδεται από την παράγωγο το ρεύµατος ως προς την τάση: g I V Q V V nv ISe nv V I nv Κκλώµατα ιόδων Λειτοργία µε Ασθενές Σήµα (IΙI) I) ΑC ανάλση ~ nv g I s ( ) ( ) () Ισοδύναµο Κύκλωµα Ασθενούς Σήµατος nv ( ) () I ή ) ( s ιαιρέτης Τάσης () Κκλώµατα ιόδων 2 6

7 Σνολική Εικόνα V ~ ()V s sn(ω) S V 0 () V V ( I ()) ( V I ) V () () () () V S () V ( I ()) V ( I ()) () s 0 0 () I ( V I ) ()( ) I V ()( ) 0 V Κκλώµατα ιόδων 3 Ισοδύναµο Κύκλωµα Ασθενούς Σήµατος Ιδανική δίοδος Ιδανική δίοδος α) Αρχικό κύκλωµα β) Αντικατάσταση µε το µοντέλο διόδο C ανάλση AC ανάλση Ιδανική δίοδος Μοντέλο ιόδο Ασθενούς (Μικρού) Σήµατος β) Κύκλωµα για C ανάλση β2) Κύκλωµα για AC ανάλση Κκλώµατα ιόδων 4 7

8 Χαρακτηριστική Μεταφοράς S O I Στατική Χαρακτηριστική ναµική Χαρακτηριστική Q V V S S Χαρακτηριστική Μεταφοράς: σσχετίζει την τάση εξόδο O προς την τάση εισόδο S O Χαρακτηριστική Μεταφοράς O S Κκλώµατα ιόδων 5 Κκλώµατα Ανορθωτών 240V (ms) Γεννήτρια C Ρεύµατος / Τάσης Κκλώµατα ιόδων 6 8

9 Ανορθωτής Μισού Κύµατος (I) AC Γραµµή S Ο S Ιδανική Ο 0 O όταν S < V 0 Ο κλίση O ( S V 0 ) όταν S V 0 0 V 0 Αν << τότε ισχύει ότι: S V s V 0 S O S V 0 O Μέγιστη Ανάστροφη Τάση PIV PIV V s V 0 Κκλώµατα ιόδων 7 Ανορθωτής Μισού Κύµατος (IΙ) O Χαρακτηριστική Μεταφοράς ή ΕισόδοΕξόδο O S S S ~ L O V s snω Κκλώµατα ιόδων 8 9

10 Ανορθωτής Μισού Κύµατος (IIΙ) Μετατροπή εναλλασσόµενο σε σνεχές << L. C O ~ C V s snω L O Κκλώµατα ιόδων 9 Ανορθωτής µε Φίλτρο Πκνωτή (Ι) L O V P V I C L O VP L O I O V e P C V O(av) V P V 2 Κκλώµατα ιόδων 20 0

11 Ανορθωτής µε Φίλτρο Πκνωτή (ΙΙ) Καθώς ο σνολικός χρόνος αποφόρτισης είναι σχεδόν ίσος µε Τ, ισχύει: V P V V e Επιλέγοντας C >> η προηγούµενη σχέση προσεγγίζεται µε την ακόλοθη: V P V V ( P ) C P C V V C Το χρονικό διάστηµα πο άγει η δίοδος µπορεί να πολογιστεί ως εξής ποθέτοντας ότι η δίοδος σταµατά να άγει στην κορφή της I : Για ω << V cos( ω ) V 2 cos( ω ) ( ω ) 2 P P V οπότε: Κκλώµατα ιόδων 2 P ω όπο: 2π ω 2V / V P Παράδειγµα Θεωρήστε ανορθωτή µε φίλτρο πκνωτή και είσοδο ηµιτονοειδές σήµα σχνότητας f60hz και κορφή V P 00V. Αν το φορτίο 0KΩ, βρείτε την τιµή της χωρητικότητας πο δηµιοργεί κµατισµό V 2V. Υπολογίστε το ποσοστό της περιόδο κατά το οποίο η δίοδος άγει. Είδαµενωρίτερα ότι ο κµατισµός το ανορθωτή µπορεί να προσεγγιστεί από τη σχέση πο ακολοθεί: VP VP V VP C 83.3µ F C V fv Ηγωνία αγωγής δίνεται από τη σχέση: ω 2V / VP 0.2a π Άρα το ζητούµενο ποσοστό είναι: % Κκλώµατα ιόδων 22

12 Ανορθωτής Πλήρος Κύµατος ο << Ανορθωτής Γέφρας 2V 0 S S O κλίση κλίση V s V 0 0 V 0 V s V 0 S S O Μέγιστη Ανάστροφη Τάση PIV 2V s V 0 PIV V s V 0 Κκλώµατα ιόδων 23 Κκλώµατα Ψαλιδισµού (I) Κλίση V C V 0 Χαρακτηριστική Μεταφοράς Κλίση V C V 0 ~ V C ~ V 0 V C Κκλώµατα ιόδων 24 2

13 Κκλώµατα Ψαλιδισµού (II) Με δεδοµένο ότι: V C >> V 0 V C ~ V C Κκλώµατα ιόδων 25 Κκλώµατα Ψαλιδισµού (IΙI) I) Κκλώµατα ιόδων 26 3

14 Παράδειγµα 2(Ι) 0V KΩ V C 6V εδοµένα: 0Ω, V 0 0.7V, I s 0 Ζητούµενα: α) Να σχεδιαστεί η χαρακτηριστική µεταφοράς f( ) β) Να σχεδιαστεί η κµατοµορφή της εξόδο 0ms Κκλώµατα ιόδων 27 Παράδειγµα 2(ΙI) KVL V C V 0. V C V 0 V C Ορθή Πόλωση Ανάστροφη Πόλωση Την στιγµή πο γίνεται 0 V C V 0 5.3V Άρα ανάστροφη πόλωση όταν: 5.3V Κκλώµατα ιόδων 28 4

15 Ορθή Πόλωση Σνεπώς: o (V V 0 V C C Παράδειγµα 2(ΙII) V 0 ) KVL: o V s C V 0 ( V V ) 0 Κκλώµατα ιόδων 29 C Άρα στην ορθή πόλωση: 5.25V ( ) V V 0 s 0 C 0 ( V V ) C s 0 o αν 5.3V αν s s <5.3V Παράδειγµα 2(ΙV) Κλίση Χαρακτηριστική Μεταφοράς 0V 45 o Κλίση Έξοδος 5.3V 5.25V 5.3V 0V Είσοδος Κκλώµατα ιόδων 30 5

16 Παράδειγµα 3(Ι) 270Ω 5V 4.7KΩ εδοµένα: 30Ω,, V 0 0.6V, I s Ω Ζητούµενα: Ποια η τάση εξόδο όταν: α) 2 5V β) 5V και 2 0V γ) 2 0V Κκλώµατα ιόδων 3 Παράδειγµα 3(ΙΙ) 5V 5V 270Ω 2 270Ω 4.7KΩ 5V Ισοδύναµο Κύκλωµα 2 α) Επειδή 2 5V οι κάθοδοι των δύο διόδων είναι σε δναµικό 5V. Τα 5V είναι η µέγιστη τάση τροφοδοσίας και σνεπώς οι δίοδοι είναι ανάστροφα πολωµένες (I s 0). Ως αποτέλεσµα δενπάρχειρεύµα στο κύκλωµα και: 5V Κκλώµατα ιόδων 32 6

17 Παράδειγµα 3(ΙIΙ) Ι) β) Με το ίδιο σκεπτικό όπως στην (α) περίπτωση η δίοδος είναι και εδώ ανάστροφα πολωµένη. εν ισχύει το ίδιο και για την 2. Αντικαθιστούµε τη δίοδο µε πηγή τάσης V 0 0.6V και αντίσταση ορθής πόλωσης 30Ω. Από τον κανόνα το Kchhoff για τάσεις (KVL) παίρνοµε: I I 2 270I 2 0 I mA Άρα: I V Κκλώµατα ιόδων 33 Παράδειγµα 3(ΙV) β) Ισοδύναµο κύκλωµα 270Ω 270Ω 30Ω 0.6V 5V 0V 2 4.7KΩ I 2 5V Κκλώµατα ιόδων 34 7

18 Παράδειγµα 3(V) γ) Σε ατή την περίπτωση και οι δύο δίοδοι είναι ορθά πολωµένες. Επιπλέον λόγω σµµετρίας των κλάδων ισχύει: I I 2 I. ολεύοντας όπως και στην περίπτωση (β) και από τον κανόνα το Kchhoff για τάσεις (KVL) σε ένα από τος δύο βρόγχος παίρνοµε: x2I 0.6 (30 270)I 0 I 0.454mA Άρα: I 0.736V Κκλώµατα ιόδων 35 Παράδειγµα 3(VI) γ) Ισοδύναµο κύκλωµα 270Ω 30Ω 0.6V 270Ω 30Ω 0.6V 0V 0V 2 4.7KΩ 5V 2I Κκλώµατα ιόδων 36 8

19 Παράδειγµα 3 (VII) 5V 4.7KΩ Λογική Πύλη AN 2 A B 270Ω 270Ω C A B C Θεωρούµε ότι για τάσεις µικρότερες το V έχοµε λογικό 0. A/ 0 /0V 0 /0V /5V /5V B/ 2 0 /0V /5V 0 /0V /5V C/ 0 /0.74V 0 /0.86V 0 /0.86V /5V Κκλώµατα ιόδων 37 Παράδειγµα 4(Ι) Στον φορτιστή µπαταρίας το σχήµατος το ηµιτονικό σήµα έχει πλάτος 6.97V. Η δίοδος είναι ιδανική (V 0 0, 0, ). Αν η τάση V B της πηγής τάσης (µπαταρίας) µεταβάλλεται από 2V ως 4V µεταξύ της µη φορτισµένης και της φορτισµένης κατάστασης αντίστοιχα, ποιό είναι το µέγιστο ρεύµα ποαναµένοµε ναδιέλθειαπότηδίοδο; ώστε σχηµατικά την κµατοµορφή το ρεύµατος πο διαρρέει τη δίοδο. S S 0Ω C 50Ω V B Κκλώµατα ιόδων 38 9

20 Παράδειγµα 4(ΙΙ) S S 0Ω C 50Ω V B Καθώς η δίοδος είναι ιδανική, το ρεύµα πο τη διαρρέει όταν το κύκλωµα άγει θα δίνεται από τη ακόλοθη σχέση (KVL): S ( S C ) V B 0 S C 6.97 sn ω V B S S V B C Κκλώµατα ιόδων 39 Παράδειγµα 4(ΙΙΙ) Το ρεύµα θα πάρει τη µέγιστη τιµή το max όταν: S max ή snω και V B mn 2V. Σνεπώς: max 82.8mA Κκλώµατα ιόδων 40 20

21 Παράδειγµα 4(ΙV) Για V B 2V η ιδανική δίοδος άγει όταν S >V B και δεν άγει όταν S < V B. ηλ. το όριο είναι S V B ή αλλιώς 6.97snω 2. Στο όριο ισχύει: ω π 4 o 45 2 sn ω ή 3π ω 35 4 o S max ω π/4 π/2 3π/4 π 3π/2 2π ω Κκλώµατα ιόδων 4 2