Curs 2 OE. CRCUTE R
E CUPRN tructură. imbol Relația curent-tensiune Regimuri de funcționare Punct static de funcționare Parametrii diodei Modelul cu cădere de tensiune constantă Analiza circuitelor cu diode 2
E tructură. imbol tructură fizică Anod Catod imbol ensuri pozitive pentru curent și tensiune imbolul diodei o săgeată ce arată sensul pozitiv al curentului prin diodă 3
E Relația curent-tensiune Curentul prin diodă este controlat de tensiunea ce cade pe diodă dispozitiv semiconductor neliniar i v n ( e T 1) Ecuația diodei William hockley T curentul de saturație (~ na - pa) T tensiunea termică v tensiunea ce cade pe diodă n factor de calitate KT q n=2 diode discrete n=1 diode integrate T K - constanta Boltzmann q sarcina electrică T temperatura absolută grade Kelvin 25m @ 20 O C K=1.3806488(13) 10 23 J/K q=1.602 10 19 C 0 K = 273.15 C 4
E Relația curent-tensiune i v nt ( e 1) Modelul exponețial al diodei valid în ambele regiuni - conducție și blocare i e v n T p Tensiunea de prag trăpungere Polarizare inversă Polarizare directă P 0.6 5
E Regimuri de funcționare i v nt ( e 1) Blocare Conducție i [ma] Polarizare inversă v < 0 (on) Polarizare directă v > 0 Blocare (b) v < v P ; i = 0 Conducție (c) v > v P ; i > 0 (off) -3-2.5-2 -1.5-1 -0.5 0 0.5 P v [] P 0.6 6
E Regimuri de funcționare Exemplificare ioda 1N400x este o dioda redresoare discretă =14nA, n=2 Considerând o cădere de tensiune pe diode în conducție v 0.7 rezultă valoarea curentului prin diodă: i 700 9 225 1410 ( e 1) 16.8mA 7
E Punct static de funcționare - PF Q ( ; ) Pentru 1N400x =14nA, n=2 100 i [ma] 80 3 Q3(0.78; 70.8mA) 60 40 20 Q2(0.7; 14.5mA) 2 Q1(0.3; 0mA) v [] 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 2 3 8
E Punct static de funcționare dependența de temperatură Q( ; ) i e v n T, T - depind direct de temperatură CT 2m/ Ο C coeficient termic negativ La curent constant, la o creştere a temperaturii cu 1 0 C, tensiunea pe diodă scade cu 2m v ( T2 ) v ( T1 ) CT ( T2 T1 ) cst La tensiune constantă pe diodă, curentul crește cu temperatura 9
E Parametrii diodei Parametrii diodei se definesc în PF Parametrii statici se definesc in regim static (c.c.) rezistenţa statică a diodei r Parametrii diferenţiali se definesc in regim variabil de semnal mic (parametrii de semnal mic) rezistenţa diferențială a diodei r d 10
E Parametrii diodei parametrii statici 100 i [ma] r g 1 r Q Rezistenţa statică a diodei Conductanţa statică a diodei 80 3 60 40 r 3 = 11 Exemplu Q 1 (0.65; 5.4mA) Q 2 (0.7; 14.5mA) Q 3 (0.78; 70.8mA) r 1 r 2 r 2 0.65 120 5.4 0.7 48. 3 14.5 0.78 11 70.8 20 r 2 = 48.3 2 r = 120 1 1 v [] 0 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1 2 3 Cu creșterea curentului, dioda este în conductie mai puternică, asadar rezistența statică este mai redusă. 11
E Parametrii diodei parametrii diferențiali Un semnal variabil mic este suprapus peste mărimile de cc FACULTAT v (t)= +v d (t) i (t)= +i d (t) Rezistența diferențială r d v i d d Q r d v i Q r d n T Aproximarea de semnal mic: regiune liniară în jurul lui Q 12
E Parametrii diodei FACULTAT nterpretarea parametrilor diodei r şi r d Modelarea diodei în PF curent continuu semnal mic (variații) 13
E Parametrii diodei Exemplificare FACULTAT v i a) Care este circuitul echivalent în curent continuu? b) Considerând Q(0,64; 4,7mA), ce valoare are rezistența statică? c) Care este circuitul echivalent pentru variații? d) Ce valoare are rezistența diferențială (de semnal mic) în Q? 14
E Modelul cu cădere de tensiune constantă (b) (c) blocare conducție v < 0.7 i = 0 v = 0.7 i > 0 15
E Analiza circuitelor cu diode Circuit cu o sursă de tensiune continuuă și o rezistență eterminare PF Q ; ) ( =? =? Ecuația diodei: TK: e n R T R e n T Ecuație transcendentă ouă metode de rezolvare: 1. Metoda grafică 2. Metoda analitică (aproximări succesive) 16
E Analiza circuitelor cu diode Metoda grafică Ecuația diodei: e n T TK: (dreapta de sarcină) R Efectul rezistenței asupra PF - Q 17
E Analiza circuitelor cu diode Metoda analitică simplificată e consideră valoarea tensiunii pe diodă =0.7 şi se determină curentul prin diodă folosind ecuaţia dreptei de sarcină. 0. 7 R Exemplu e dă =9 și R=0.5k. Care este punctul static de funcționare al - Q? 0.6 (c) Considerăm căderea de tensiune pe dioda în conducție: 0. 7 R 9 0.7 0.5 16.6mA Q(0.7; 16.6mA) 18
E Analiza circuitelor cu diode Metoda analitică iterativă FACULTAT 1. e consideră o valoare iniţială a tensiunii pe diodă, de ex. (0) =0.7 şi se determină curentul prin diodă (0) folosind ecuaţia dreptei de sarcină. ( (0), (0) ) soluţia inițială 2. Cu valoarea (0) se calculează tensiunea pe diodă din ecuaţia diodei (1), apoi curentul (1) din ecuaţia dreptei de sarcină. ( (1), (1) ) soluţia după prima iteraţie 3. acă este necesară o precizie mai bună se mai efectuează alte interaţii. În analiza manuală, rapidă, se utilizează în general soluția inițială 19
E Analiza circuitelor cu diode Metoda analitică iterativă FACULTAT Exemplu e consideră =3, R=0.5K iar o diodă de tipul 1N400x cu =14nA și n=2. Care este punctul static de funcționare al - Q? Analiza simplificată, de ordinul unu: 0.6 (c) Pasul 1 Considerăm căderea de tensiune pe dioda în conducție: 0. 7 R 3 0.7 0.5 4.6mA Q(0.7; 4.6mA) 20
E 21 Analiza circuitelor cu diode 0.7 (0) R T n ln 4.6mA 0.5 0.7 3 (0) 0.637 14nA 4.73mA ln 0.025 2 ln (1) (2) T n 4.726mA 0.5 0.637 3 (2) (2) R Q(0.637; 4.726mA) Analiza iterativă: FACULTAT 0.635 14nA 4.6mA ln 0.025 2 ln (0) (1) T n 4.73mA 0.5 0.635 3 (1) (1) R T n e Pasul 1 Pasul 2 Pasul 3
E Ce am învățat azi despre diodă? tructură. imbol Relația curent-tensiune Regimuri de funcționare Punct static de funcționare Parametrii diodei Modelul cu cădere de tensiune constantă Analiza circuitelor cu diode 22