3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 1. Kρυσταλλοδίοδος ή δίοδος επαφής. ίοδος: συνδυασµός ηµιαγωγών τύπου Ρ και Ν ΤΕΙ ΧΑΛΚΙ ΑΣ

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 1 3. ΙΟ ΟΣ ΚΑΙ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΙΟ ΩΝ Kρυσταλλοδίοδος ή δίοδος επαφής ίοδος: συνδυασµός ηµιαγωγών τύπου Ρ και Ν

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 2 Κατανοµή φορτίου διόδου χωρίς πόλωση Χωρίς πόλωση η ένωση απογυµνώνεται από φορτία: ζώνη αραίωσης ή περιοχή απογύµνωσης. Μεταξύ Ρ και Ν το φράγµα δυναµικού 0,6-0,7 V για Si. Συνολικό φορτίο διόδου= 0

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 3 Κατανοµή φορτίου διόδου µε ορθή και ανάστροφη πόλωση Ορθή πόλωση : o θετικός πόλος συνδέεται µε άνοδο, ο αρνητικός πόλος µε κάθοδο Ανάστροφη πόλωση: ο θετικός πόλος της πηγής συνδέεται µε κάθοδο, ενώ ο αρνητικός µε άνοδο

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 4 Αντiσταση διόδου Oρθή πόλωση: µικρή αντίσταση ( 50-100 Ω). Ανάστροφη πόλωση: µεγάλη αντίσταση (> 10 kω). H δίοδος σαν διακόπτης Η δίοδος πολώνεται ορθά και δρα σαν κλειστός διακόπτης Η δίοδος πολώνεται ανάστροφα και δρα σαν ανοιχτός διακόπτης Λειτουργία διόδου σαν διακόπτης

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 5 Εφαρµογές ιόδων Κύκλωµα 1 Η γείωση του πυκνωτή διακόπτεται, θέτοντάς τον εκτός κυκλώµατος και η συχνότητα ταλαντώσεων µεταβάλλεται. Κύκλωµα 2 Κύκλωµα ταλαντωτή όπου η συχνότητα ταλάντωσης ρυθµίζεται από την πόλωση ή µη της διόδου D 1 Όταν η τάση του δικτύου λειτουργεί κανονικά, η τροφοδοσία της συσκευής γίνεται µέσω της D 1.

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 6 Στην περίπτωση που διακοπεί η λειτουργία του δικτύου, η D 2 πολώνεται ορθά και άγει, συνδέοντας την µπαταρία στη συσκευή.. 220 AC DC Tροφοδοτικό 15 V D 1 D 2 12 V Μπαταρία Ηλεκτρονική συσκευή µε τάση λειτουργίας 12 V έως 15 V Αυτόµατη διακοπή τροφοδοσία συσκευής σε περίπτωση διακοπής του Κύκλωµα 3 Η δίοδος προστατεύει το τρανζίστορ από το υψηλό αντίθετο ρεύµα που δηµιουργείται στο πηνίο του ρελέ. Ρελέ

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 7 Κυκλώµατα 4 Η δίοδος D 1 προστατεύει το κύκλωµα του ποµπού σε περίπτωση που κατά λάθος συνδεθούν ανάποδα οι ακρoδέκτες της πηγής τροφοδοσίας, δηλ. το στο σηµείο Β και το στο σηµείο Α. A 24,7 V B - F 1 D 1 ΠΟΜΠΟΣ (24 V) Κύκλωµα προστασίας του ποµπού από λάθος σύνδεσης της πολικότητας της πηγής των 24,7 V 24 V - F 1 D 1 ΠΟΜΠΟΣ (24 V) Κύκλωµα προστασίας του ποµπού από λάθος σύνδεσης της πολικότητας της πηγής των 24 V

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 8 Το 2 ο κύκλωµα παρουσιάζει το πλεονέκτηµα ότι τροφοδοτείται ακριβώς µε την τάση του φορτίου (ποµπού). Κύκλωµα 5 ή Είσοδος ή Το παραπάνω κύκλωµα εξασφαλίζει ότι η τάση εξόδου θα έχει πάντα την σηµειούµενη πολικότητα, άσχετα µε την πολικότητα της τάσης εισόδου Έξοδος

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 9 Κύκλωµα 6 ιακόπτης προβολέων προβολείς βοµβητής Εσωτερικό λαµπάκι ιακόπτης πόρτας οδηγού Το κύκλωµα λειτουργεί κατά τέτοιο τρόπο που σε περίπτωση που ο οδηγός ανοίξει την πόρτα του (διακ. πόρτας κλείνει), έχοντας παραλείψει να κλείσει τους προβολείς (διακ. προβολέων κλειστός), ηχεί ο βοµβητής (η δίοδος πολώνεται ορθά και το κύκλωµα κλείνει µέσω της γης του βοµβητή). Με κλειστή την πόρτα (διακ. πόρτας ανοιχτός) και µε προβολείς ΟΝ, η δίοδος δεν άγει διότι έχει το ίδιο δυναµικό στους ακροδέκτες της και δεν περνάει ρεύµα από τον βοµβητή

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 10 Χαρακτηριστική καµπύλη διόδου είχνει πως µεταβάλλεται το ρεύµα που περνάει µέσα από τη δίοδο σε συνάρτηση µε την τάσn που υπάρχει στα άκρα της. (Volts) Σηµείο Zener Ανάστροφη πόλωση I (A) Ορθή πόλωση -I (ma) V (Volts) V Χαρακτηριστική καµπύλη διόδου I

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 11 ίοδος: µη γραµµικό στοιχείο Γραφική παράσταση ρεύµατός-τάσης διόδου: καµπύλη (όχι ευθεία). Η εξίσωση της διόδου ρεύµα Ι µιας διόδου: I qv = I ekt 0 1 όπου: Ι= το ρεύµα της διόδου στην ορθή πόλωση Ι 0 = το ανάστροφο ρεύµα κόρου q= το φορτίο του ηλεκτρονίου 1,6 10-19 Cb V=η τάση στα άκρα της διόδου σε volts T=απόλυτη θερµοκρασία k=σταθερά του boltzmann 138 10-23 j/k

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 12 Σχήµατα και µεγέθη διόδων κύκλος καθόδου άνοδοι κάθοδοι κάθοδος ιάφορες συσκευασίες διόδων ίοδοι διαφόρων µεγεθών ίοδοι διαφόρων µεγεθών Καθορισµός καθόδου διόδου κάθοδος

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 13 Έλεγχος διόδου Συνδέοντας τους ακροδέκτες του ωµοµέτρου στα άκρα της διόδου µε τον θετικό ακροδέκτη στην άνοδο και τον αρνητικό στην κάθοδο η δίοδος πολώνεται ορθά. 'Αρα η ένδειξη του ωµοµέτρου θα είναι λίγα ή 0 Ωµ αφού η δίοδος κατά την ορθή πόλωση παρουσιάζει µικρή αντίσταση. Εάν πολώσουµε µε το ωµόµετρο τη δίοδο ανάστροφα, δηλ. το θετικό ακροδέκτη του οργάνου στην κάθοδο και τον αρνητικό στην άνοδο η ένδειξη του ωµοµέτρου πρέπει να είναι πολύ µεγαλύτερη (έως άπειρη) από την προηγούµενη.

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 14 Χαρακτηριστικά µεγέθη διόδου Τεχνικά χαρακτηριστικά της διόδου 1Ν4001 όπως δίνονται από τον κατασκευαστή Χαρακτηριστικό µέγεθος Working peak reverse voltage (Μέγιστη ανάστροφη τάση λειτουργίας) Peak repetitive reverse voltage (Επαναληπτική ανάστροφη τάση κορυφής) Average forward current (Μέγιστη µέση τιµή ρεύµατος ορθής φοράς) Nonrepetitive peak surge current (Μη επαναληπτικό µέγιστο ρεύµα έξαρσης) Operating ambient temperature (Μέγιστη θερµοκρασία περιβάλλοντος για σωστή λειτουργία) Σύµβολο Τιµή Μονάδα V RWM 50 V V RRM 50 V I FO 1 A I FSM 30 A T amb 65 έως 17 0 C

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 15 Προστατευτική αντίσταση διόδου Προστατευτική αντίσταση: έχει σκοπό να µην αφήσει το ρεύµα του κυκλώµατος να περάσει την τιµή του µέγιστου ρεύµατος ορθής πόλωσης της διόδου Ι Fmax είναι: V πηγ = (I R πρ ) (Ι R εσ ) όπου V πηγ = η τάση στα άκρα του κυκλώµατος Ι R πρ = το ρεύµα που περνάει από το κύκλωµα = η προστατευτική αντίσταση της διόδου R εσ = η εσωτερική αντίσταση της διόδου Έχουµε: V πηγ = Ι (R πρ R εσ ) και τελικά Vπηγ Rπρ = Rεσ Ι

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 16 Ευθεία φορτiου (Ε.Φ.) διόδου - Σηµείο ηρεµίας Q Ισχύει: V πηγ - V D - Ι D R L = 0, µορφής αχβψγ=0 Παριστάνει µια ευθεία γραµµή την ευθεία φορτίου (Ε.Φ.) που τέµνει τη χαρακτ. καµπύλη της διόδου στο σηµείο Q το σηµείο λειτουργίας ή σηµείο ηρεµίας. Προβολή του σηµείου Q στον άξονα των τάσεων: V D Q,τάση που υπάρχει στα άκρα της διόδου. Προβολή του Q στον άξονα των ρευµάτων: I D Q ρεύµα ίσο µε το ρεύµα που διαρρέει τη δίοδο.

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 17 Σχεδιασµός Ε.Φ α) Σηµείο τοµής µε τον άξονα των τάσεων V D max =V πηγ. Αντιστοιχεί στη µέγιστη τιµή V D max που µπορεί να λάβει η τάση στα άκρα της διόδου στο κύκλωµα. β) Σηµείο τοµής µε τον άξονα του ρεύµατος V πηγ I =. Dmax R L Αντιστοιχεί στη µέγιστη τιµή I Dmax του ρεύµατος. γ) Τοποθετούµε τα δύο αυτά σηµεία στους άξονες της τάσης και του ρεύµατος και τα ενώνουµε.

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 18 Παράδειγµα Με χρήση Ε.Φ. να υπολογιστούν: α) το ρεύµα I f που διέρχεται από τη δίοδο 1Ν4001 του κυκλώµατος (α), β) η τιµή της R για να διέρχεται από τη δίοδο ρεύµα I f =30 ma, γ) η ισχύς της διόδου στην περίπτωση αυτή. Η χαρακτηριστική της διόδου 1Ν4001 φαίνεται στο (β).

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 19 Λύση (α) Σχεδιάζουµε την Ε.Φ. 1. V 5 ( I S f max = = = 50 ma, V fmax =5 V). R 100 I Q = 40 ma, V Q =1 V. (β) Από σηµείο 30 ma φέρνουµε ευθεία παράλληλη προς V f, που τέµνει τη χαρακτηριστική καµπύλη στο σηµείο Q 2. Το σηµείο αυτό συνδέουµε µε το σηµείο 5 V του άξονα των τάσεων µε ευθεία η οποία τέµνει των άξονα των ρευµάτων στα 37 ma. VS Eίναι: If max = = 37mA. R R VS 5V = = = 135Ω. 37mA 37mA

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 20 (γ) Iσχύς διόδου : P D = I Q2 V Q2, P D = 30 ma 0,9 V = 27 mw. Παράδειγµα i V E 0 Να σχεδιαστούν η χαρακτηριστική ρεύµατος-τάσης i=f(v) του κυκλώµατος. Η δίοδος είναι ιδανική. Λύση Η ζητούµενη χαρακτηριστική αντιστοιχεί στην εξίσωση των τάσεων του Kirchhoff του κυκλώµατος. ίοδος άγει V>E 0. Τότε : V = ir E0 R

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 21 V E =. Η εξίσωση είναι της γενικής R R i 0 µορφής ΑχΒψΓ=0 άρα: για i=0 V=E 0 και έχουµε ένα σηµείο το (0,Ε 0 ) για V=0 σηµείο το (0, E = και έχουµε ένα άλλο R i 0 E O ) R Προσδιορίζοντας τα δύο αυτά τα σηµεία στους άξονες και ενώνοντάς τα σχεδιάζουµε τη ζητούµενη χαρακτηριστική. i E 0 R Ε 0 V<Ε 0 V>Ε 0 V

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 22 Ισοδύναµο κύκλωµα µιας διόδου Μπορούµε να χρησιµοποιήσουµε τρεις προσεγγίσεις (µοντέλα) για να κατασκευάσουµε το ισοδύναµο κύκλωµα µιας διόδου. Αυτές είναι: 1 η προσέγγιση H δίοδος θεωρείται ιδανική δηλ, δεν υπάρχει πτώση τάσnς στα άκρα της και η αντίστασή της είναι µηδενική. Ισοδυναµεί µε κλειστό (όταν άγει) ή ανοιχτό (όταν δεν άγει) διακόπτη. 2 η προσέγγιση Λαµβάνει υπόψη την πτώση τάσης των 0,7 V στα άκρα της διόδου. 3 η προσέγγιση 0,7 V - I D ιδανική V D 0,7 V r I D ιδανική V D

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 23 Λαµβάνει υπόψη της και τη δυναµική αντίσταση r που παρουσιάζει η δίοδος. Παράδειγµα Ι D Λύση V R=10 kω (α): Όταν V =10 V 1 η προσέγγιση: V D - Να υπολογισθεί το ρεύµα I D στο κύκλωµα, όταν (α) V =10 V και (β) V =1 V. Να χρησιµοποιηθούν και οι τρεις προσεγγίσεις. Η εσωτερική αντίσταση της διόδου είναι 200 Ω. V 10V V D =0 και I D = = = 1 ma R 10kΩ 2 η προσέγγιση: V D =0,7 V και V VD (10 0,7)V ID = = = 0,93 ma R 10kΩ 3 η προσέγγιση:

3. ίοδος-κυκλώµατα ιόδων - Ι.Σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 24 V 0,7V (10 0,7)V I D = = = R r (10 0,2)kΩ V = 0,7 I r 0,88 V D D = (β): Όταν V =1 V 1 η προσέγγιση: V D =0 και 2 η προσέγγιση: V D =0,7 V και I R V 1V I D = = = R 10kΩ V VD (1 0,7)V D = = = 3 η προσέγγιση: 10kΩ V 0,7V (1 0,7)V I D = = = R r (10 0,2)kΩ 0,912 ma 0,1 0,03 0,029 VD = 0,7 IDr = 0,7058 V ma ma ma