Δίοδος-Ανάλυση
-
Upload
elton-tsaoush -
Category
Documents
-
view
279 -
download
0
Transcript of Δίοδος-Ανάλυση
![Page 1: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/1.jpg)
Δίοδοι
![Page 2: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/2.jpg)
Η ιδανική Δίοδος
Χαρακτηριστική τάσης ρεύματος της ιδανικής διόδου.Ορθή πόλωση
Ανάστροφη πόλωση
![Page 3: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/3.jpg)
Εφαρμογή: Ο ιδανικός Ανορθωτής
Κύκλωμα Ανορθωτή
Ορθή πόλωση Ανάστροφη πόλωσηΚυματομορφή Εισόδου
Κυματομορφή Εξόδου
πp
DC
VV =Ημιανόρθωση:
![Page 4: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/4.jpg)
Κύκλωμα διόδου-αντίστασης
Κυματομορφή Εισόδου
Χαρακτηριστική μεταφοράς του κυκλώματος
Κυματομορφή τάσης στα άκρα της διόδου
Το κύκλωμα διόδου με αντίσταση σε σειρά
![Page 5: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/5.jpg)
Παράδειγμα: Φόρτιση μπαταρίας
Κύκλωμα φόρτισης μπαταρίας 12V
Κυματομορφές τάσης εισόδου και ρεύματος
Η δίοδος άγει όσο υs>12V.
Αυτό συμβαίνει για γωνία αγωγής 2θ όπου:
24cosθ=12 => θ=600
Η μέγιστη τιμή του ρεύματος της διόδουείναι:
A12.0100
V)1224(Id =−
=Ω
Η μέγιστη τάση ανάστροφης πόλωσης τηςδιόδου ισούται με:
PIV=24V+12V=36V
![Page 6: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/6.jpg)
Λογικές Πύλες με Διόδους
Πύλη OR
Y=A+B+C
Πύλη AND
Y=A·B·C
1kΩI
3V
2V
1V1kΩ
I3V
2V
1V
V3mA3I
Y ==
υ V1mA4I
Y ==
υ
![Page 7: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/7.jpg)
Χαρακτηριστική I-V Διόδου Πυριτίου
Ορθή πόλωση
Ανάστροφη πόλωσηΚατάρρευση
Συμπιεσμένηκλίμακα
Διευρυμένηκλίμακα
ΤάσηΚατάρρευσης
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= 1
VexpIi
T
DsD η
υ ΣτατικήΧαρακτηριστικήI-V της Διόδου
0.5V => Τάση αποκοπής
0.7V => Τάση ορθής πόλωσης
2 ή 1
mV25q
kTVT
=
≈=
η
![Page 8: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/8.jpg)
Επίδραση της θερμοκρασίας στη χαρακτηριστική ορθήςπόλωσης της διόδου
Για σταθερό ρεύμα, η τάση ορθήςπόλωσης της διόδου ελαττώνεταικατά 2mV για κάθε βαθμό Κελσίουαύξηση της θερμοκρασίας.
![Page 9: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/9.jpg)
Ανάλυση Κυκλωμάτων Διόδων (I)
Χαρακτηριστική της Διόδου:
Χαρακτηριστική της διόδου
Σημείο λειτουργίας
Ευθεία φόρτου
Κλίση
Ευθεία φόρτου:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
T
DsD V
VexpIIη
RVVIVRIV DDD
DDDDD−
=⇒+=
Το σημείο λειτουργίας Qβρίσκεται από τη λύση τουσυστήματος.
DC Ανάλυση
![Page 10: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/10.jpg)
Μεταβολή Τάσης Πόλωσης Μεταβολή Αντίστασης
ID
VDVDD
R3
Q2Q1
Q3
R2
R1
R3<R2<R1
VDD = σταθ.
ID
VDVDD2
Q2
Q1
Q3R = σταθ.
VDD1 VDD3
Ανάλυση Κυκλωμάτων Διόδων (II)
![Page 11: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/11.jpg)
Απλουστευμένα Μοντέλα Διόδων (Ι)Το κατά τμήματα Γραμμικό Μοντέλο
Ευθύγραμμο τμήμα Β
Ευθύγραμμο τμ. Α
Κλίση
Η εκθετικήχαρακτηριστική
![Page 12: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/12.jpg)
Απλουστευμένα Μοντέλα Διόδων (ΙΙ)
Ιδανική Δίοδος
ΙδανικήΔίοδος
Κλίση
Ισοδύναμοκύκλωμα διόδου μεαντίσταση 0DD
D
0DDD
0DDD
VV για r
VVI
VV για 0I
>−
=
≤=
![Page 13: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/13.jpg)
Παράδειγμα: Αν VDD=5V, VD0=0.65V, R=1kΩ και rD=20Ω, να υπολογιστούν τα ΙD και VD.
Ιδανική Δίοδος
V...
4.26mA1kΩ20Ω
0.65)V-(5
735020mA264V650rIVVRrVVI
DD0DD
D
0DDDD
=⋅+=+=
=+
=+−
=
Ω
![Page 14: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/14.jpg)
Απλουστευμένα Μοντέλα Διόδων (ΙΙΙ)Το Μοντέλο Σταθερής Πτώσης Τάσης
Ευθ. Τμ. Β(κατακόρυφο)
Ευθ. Τμ. Α(οριζόντιο)
Ιδανική Δίοδος
![Page 15: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/15.jpg)
Απλουστευμένα Μοντέλα Διόδων-Σύνοψη
![Page 16: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/16.jpg)
Μοντέλο Μικρού Σήματος της Διόδου
Κλίση=1/rd
Εφαπτομένη στο Q
Σημείο πόλωσηςQ
)t(V)t( dDD υυ +=Η συνολική στιγμιαίατάση της διόδου είναι:
Αντίστοιχα το συνολικό στιγμιαίο ρεύμα:
TdTdTD
TdDTD
V/υD
V/υV/Vs
V/)υ(Vs
V/υsD
eIeeI
eIeI)t(iηηη
ηη
=⋅=
=== +
dd
dT
Dd
dDdT
DDD
T
dDD
T
d
υr1υ
ηVIi
iIυηVII)t(i
)ηVυ(1I)t(i 1
V Αν
==⇒
+=+=⇒
+≈⇒<<ηυ
DD IiD
D
dd
D
Td
ir1g
IηVr
=∂∂
==
=
υ
Αντίσταση μικρού σήματος ήδυναμική αντίσταση της διόδου.
AC Ανάλυση
![Page 17: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/17.jpg)
Λειτουργία Μικρού Σήματος της Διόδου
Πραγματικό κύκλωμα Ισοδύναμο κύκλωμα
Κύκλωμα για DC ανάλυση Κύκλωμα για AC ανάλυση
DDDD VRIV +=
d
dsd
dds
rRr
)rR(i
+=
+=
υυ
υ
![Page 18: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/18.jpg)
Χρήση της Διόδου για σταθεροποίηση τάσης
Σε ένα σταθεροποιητή τάσης, η τάση εξόδου πρέπει να διατηρείται σταθερή:α) παρά τις μεταβολές του ρεύματος φόρτουβ) παρά τις μεταβολές της τροφοδοσίας του σταθεροποιητή.
d
dDDdpp
D
Td
DDDD
rRrV2
IVr
RVVI
+=
=
−=
Δυ
η
mV710
k20RV70VV110V
dpp
DDD
.
&.,)( αν π.χ.
=
⇒=≈±=
υ
Ω
![Page 19: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/19.jpg)
Λειτουργία στην περιοχή κατάρρευσης- Δίοδοι ZenerVZK, IZK : «γόνατο» τηςχαρακτηριστικής
ΙΖΤ : ρεύμα δοκιμής
rZ=ΔV/ΔI : δυναμική αντίσταση
VZ0: σημείο τομής της ευθείαςμε τον άξονα των τάσεων ~VZK
Ισοδύναμο Κύκλωμα της Zener
0ZZZKZ
ZZ0ZZ
VV και II για rIVV
>>+=
![Page 20: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/20.jpg)
Παράλληλος σταθεροποιητής τάσης με Zener
Φόρτος
R
Vs
+
VO
-
I IL
IZ
Ρύθμιση γραμμής = ΔVΟ/ΔVS
Ρύθμιση φορτίου = ΔVO/ΔIL
//R)r(IrR
rVrR
RVV ZLZ
ZS
Z0ZO −
++
+=
Ρύθμιση γραμμής
Ρύθμιση φορτίου //RrZ−=
Z
Z
rRr+
=
maxmin
minmin
LZ
ZZ0ZS
IIIrVVR
+−−
=Επιλογή της αντίστασης R ώστε το ρεύμα της Zenerνα μη γίνεται πολύ χαμηλό:
![Page 21: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/21.jpg)
Άσκηση Για μία δίοδο Zener δίνεται ότι VZ=10V για IZ=10mA και rZ=50Ω. Να υπολογιστεί η VZ α) αν το ρεύμα διπλασιαστείκαι β) αν το ρεύμα υποδιπλασιαστεί. Ποια η τιμή VZ0 για τομοντέλο της διόδου.
Το μοντέλο της Zener
![Page 22: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/22.jpg)
Φωτοδίοδοι
•Αν η περιοχή απογύμνωσης της διόδουεπαφής pn φωτιστεί από φως αρκετά υψηλήςσυχνότητας, τα φωτόνια μπορούν να δώσουναρκετή ενέργεια ώστε να επιτρέψουν σταηλεκτρόνια να περάσουν το ενεργειακό χάσματου ημιαγωγού και να δημιουργήσουν ζεύγηοπών-ηλεκτρονίων.
•Οι φωτοφωρατές μετατρέπουν το φως σεηλεκτρικό σήμα. Συνήθως πολώνονταιανάστροφα ώστε να αυξηθεί το εύρος τηςπεριοχής απογύμνωσης.
•Τα ηλιακά κύτταρα μετατρέπουν την ηλιακήενέργεια σε ηλεκτρική.
![Page 23: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/23.jpg)
Δίοδοι Φωτοεκπομπής (LED)
•Όταν ηλεκτρόνια και οπέςεπανασυνδέονται, απελευθερώνουνενέργεια.
•Αυτή η ενέργεια συχνάαπελευθερώνεται σαν θερμότηταμέσα στον κρύσταλλο, αλλά σεμερικά υλικά μετατρέπεται σε φως.
•Κατασκευάζονται LED σε μεγάληπεριοχή μηκών κύματος.
•Το πλαστικό περίβλημα βοηθάειστην κατευθυντικότητα της δέσμης.
![Page 24: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/24.jpg)
Κυκλώματα Ανορθωτών
ΑνορθωτήςΔιόδου
ΦίλτροΣταθερο-ποιητήςτάσης
Φόρτος
Σχηματικό διάγραμμα τροφοδοτικού DC
![Page 25: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/25.jpg)
Ανορθωτής Ημικύματος ή Ημιανορθωτής
Χαρακτηριστική μεταφοράςτου ανορθωτή ημικύματος
Σημαντικά χαρακτηριστικά:
•Μέγιστο ρεύμα ορθής πόλωσης
•Μέγιστη τάση ανάστροφης πόλωσης PIV=Vs
V7.0VVRr 0D0DSOD ≈−≈⇒<< μευυγια
0DSD
0DD
SO
0DSO
VV,rR
RVrR
RVV
VV,0V
≥+
−+
=
<=
![Page 26: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/26.jpg)
Άσκηση: Για τον ημιανορθωτή, θεωρώντας ότι rD=0, να αποδειχθούν ταακόλουθα: α) Η δίοδος αρχίζει να άγει σε γωνία Θ=sin-1(VD0/Vs) και άγει συνολικάμέσα σε γωνία (π-2Θ). β) Η μέση τιμή της υΟ είναι VO=(1/π)Vs-VD0/2. γ) Η τιμήκορυφής του ρεύματος είναι (Vs-VD0)/R.
RVVI
RViRiV 0Ds
d0DS
DD0DS−
=⇒−
=⇒+=υυγ )
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=⇒=⇒= −
s
0D1
s
0D0Ds V
VV
VVVa sinsinsin) ΘΘΘ
Η δίοδος παύει να άγει για π-Θ =>Ολική αγώγιμη γωνία= (π-Θ)-Θ=π-2Θ
2VV
2Vcos2
2V
d2Vdsin
2V
d)VsinV(21
d)VsinV(21V
VsinVV)
0Ds0Ds
0 0
0Ds
00Ds
2
00DsO
0Ds0DS
−≈−=
=−=
=−=
=−=
−=−=
∫ ∫
∫
∫
ππ
πΘ
π
θπ
θθπ
θθπ
θθπ
θυυβ
π π
π
π
Ο
![Page 27: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/27.jpg)
Ανορθωτής Πλήρους Κύματος ή Πλήρης Ανορθωτής
Χαρακτηριστική μεταφοράςτου ανορθωτή πλήρους κύματος
VD0VD0
VD0
0Dss0Ds VV2V)VV(PIV −=+−=
![Page 28: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/28.jpg)
Ανορθωτής Γέφυρας
Δεν χρειάζεται μετασχηματιστής με μεσαία λήψη.
D0sD0D0s
D2O3D
V-VV2V-VPIV(ορθή))ά(
=+=⇒+= υυστροφηανυ
VD0
Πλεονεκτήματα:•Μικρό PIV•Περίπου μισές σπείρες δευτερεύοντος
![Page 29: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/29.jpg)
Άσκηση: Για τον ανορθωτή γέφυρας του σχήματος, θεωρώντας για τιςδιόδους το μοντέλο σταθερής τάσης, να υπολογιστούν: α) το ποσοστό τηςπεριόδου κατά το οποίο η τάση εξόδου υΟ παραμένει μηδενική και β) η μέση τιμήτης υΟ, όταν στην είσοδο εφαρμόζεται ημιτονικό σήμα τάσης.
![Page 30: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/30.jpg)
Ανορθωτής με Φίλτρο Πυκνωτή
Χρησιμοποιείται πυκνωτής για μείωση της κυμάτωσης.
Ιδανική δίοδος και ιδανικός πυκνωτής.
![Page 31: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/31.jpg)
Ανορθωτής με Φίλτρο RC
Ιδανική δίοδος και RC>>T.
rpO
pLOpr
rpO
DpI2
OI1
V21VV
RV
IVV
VVT
0iVtt
−=
≈⇒≈⇒<<
−=→≈
=⇒=→=→
αακριβέστερ ή
DC.σταθυ
υ
υυυ
Η δίοδος άγει κατά Δt, όπου:
LI
LCD
OL
idt
dCiii
Ri
+=+=
=
υ
υ
![Page 32: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/32.jpg)
Ανορθωτής με Φίλτρο RC (συνέχεια)Υπολογισμός του ρεύματος της διόδου
Κατά την αποκοπή:
Ο αγώγιμος χρόνος Δt υπολογίζεται από την:
fRCV
RCTVV
RCT1eTRC
eVVV:ό στο τέλος
eV
ppr
RC/T
RC/Tprp
RC/tpO
=≈⇒−≈⇒>>
≈−
=
−
−
−
για
ρτισηςεκφτης
υ
pr
2
rpp
V/2VΔt
Δt)(21-1Δt)cos(
(ωΔt) μικρά για
VVΔt)cos(V
≈
≈
−=
ω
ωω
ω
DavrpLmaxD
rpLDav
rlost
Cavsup
i2)V/2V21(Ii
)V/2V1(Ii
CVQ
tiQ
≈+=
+=
=
=
π
π
Δ
![Page 33: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/33.jpg)
Ανορθωτής κορυφής πλήρους κύματος
)V2/V21(Ii
)V2/V1(Ii
fRC2V
V
rpLmaxD
rpLDav
pr
π
π
+=
+=
= Σε σύγκριση με τον ανορθωτή κορυφήςημικύματος:• Απαιτείται πυκνωτής με τη μισήχωρητικότητα.• Το ρεύμα σε κάθε δίοδο είναι περίπουτο μισό.
Εφαρμογές:• Φωρατής κορυφής (Peak Detector)• Αποδιαμορφωτής ΑΜ
![Page 34: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/34.jpg)
Περιορισμός ή Ψαλιδισμός
![Page 35: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/35.jpg)
Κυκλώματα Περιορισμού - Ψαλιδισμού
![Page 36: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/36.jpg)
Άσκηση: Να σχεδιαστεί η χαρακτηριστική μεταφοράςτου κυκλώματος αν οι δίοδοι θεωρηθούν ιδανικές
R=
R=R=
I
υI
υO
5V
5V
-5V
-5V
1/2
1/2
Λύση:
21
ΔυυίV5,2
2IRV5
R2V5IIR5VIR
άώά
V5
21
ΔυυίV5,2
2IRV5
R2V5IIR5VIR
άύά
V5
άέά
V5V5
Ι
ΟIOO
I
I
Ι
ΟIOO
I
I
IO
I
==⇒−=⇒+−=
+=⇒+−=
⇒
−≤•
==⇒+=⇒+=
−=⇒++=
⇒
≥•
=⇒
≤≤−•
Δσηκλυυυ
υυ
δοςκλτοςπρογει
υγια
Δσηκλυυυ
υυ
δοςκλτεροςδεογει
υγια
υυδοςκλναςκανγειδεν
υγια
Ι
Ι
![Page 37: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/37.jpg)
Αποκατάσταση συνεχούς τάσης
![Page 38: Δίοδος-Ανάλυση](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022051108/544b2e41b1af9f76478b47b6/html5/thumbnails/38.jpg)
Διπλασιασμός Τάσης