1

Curs 03_04

Dioda semiconductoare

2

elementul de circuit

simbolul electronic al diodei semiconductoare.

3

mărimile electrice ale diodei semiconductoare si ecuatia de funcţionare

iA

+ -

vA

1

T

ASA V

vexpIi

curent de saturaţie; valori de ordinul nA

tensiune termică;

25mV la T=25oC

Element de circuit neliniar

anod catod

4

Caracteristica de funcţionare a diodeiCaracteristica de funcţionare a diodei semiconductoare

iA

+ -

anod catod

5

Exemplul 1

Să se scrie ecuaţiile care permit determinarea valorii curentului continuu prin dioda semiconductoare D.

1

T

ASA V

VexpII ecuatia diodei

0 CCAA VVIR ecuatia circuitului

S-a obtinut un sistem neliniar de ecuatii – se poate rezolva doar prin metode numerice => este necesar ca pentru dioda sa se dezvolte un circuit echivalent LINIAR => astfel s-ar putea obtine un sistem liniar, usor de rezolvat.

6

Modelarea funcţionării diodei semiconductoare

Pentru simplificarea analizei circuitelor care conţin diode este necesara dezvoltarea unor modele LINIARE care să descrie funcţionarea diodei

1. Modelarea diodei în regim de curent continuu şi variabil de semnal mare.

Se poate aplica dacă dioda funcţionează în regim de curent continuu sau în regim variabil de semnal mare

7

Circuitele echivalente ale diodei în regim de curent continuu sau în regim variabil de semnal mare

anod catod

+

-

VD rD

conductie directaconductie inversa

8

EXEMPLUL 2: Să se determine valoarea curentului si a tensiunii prin/pe dioda semiconductoare D, ştiind că VCC=3V este o sursă de tensiune continuă. R=2kΩ, parametrii circuitului echivalent al diodei sunt: VD=0,6V şi rD=400Ω.

Circuitul se numeşte:

circuit de polarizare al diodei

polarizarea diodei = stabilirea tipului de conducţie:polarizare directă = potenţial superior pe anod şi potenţial inferior pe catodpolarizare inversă = potenţial inferior pe anod şi potenţial superior pe catod

+

-

+

VD

rD

-VCC

R

D

IADatorită sursei de tensiune continuă VCC, circuitul funcţionează în regim de curent continuu;

Dioda funcţionează în conducţie directă => se poate înlocui cu circuitul echivalent în curent continuu, valabil pentru conducţie directă.

mA

k.k

V.V

rR

VVI

D

DCCA 1

402

603

Vk.mAV.rIVV DADA 140160

Punctul Static de Functionare al diodei

9

anod catod

2. Modelarea diodei în regim variabil de semnal mic

rd

dA

Td r

I

Vr

tensiunea termica = 25mV pentru T=250C

Curentul continuu prin dioda; se poate afla doar daca circuitul cu dioda se analizeaza in regim de curent continuu

10

EXEMPLU 3: să se determine amplitudinea curentului si a tensiunii prin/pe dioda semiconductoare D ştiind că VCC=3V este o sursă de tensiune continuă, iar Vg(t)=1xsin(t)[V] este o sursă de tensiune variabilă în timp. Se dau R=2k, rD=0,4k, VD=0,6V

+

-+

-+

VD

rD

-rd

Analiza in curent continuu: sursa de tensiune variabila se pasivizeaza si dioda se inlocuieste cu circuitul echivalent in curent continuu

Analiza in regim variabil de semnal mic: sursa de tensiune continua se pasivizeaza si dioda se inlocuieste cu circuitul echivalent inregim variabil de semnal mic

VCC

vg(t)

R

D

mA

k.k

V.V

rR

VVI

D

DCCA 1

402

603

IAIa

Va

mA.

k.k

V

rR

VI

d

ga 50

02502

1

251

25

mA

mV

I

Vr

A

Td

mV.mA.rIV daa 5122550

11

0

1

0,5

1,5

iA(t)

ia(t)

IA=1[mA]

Ia=0,5[mA]

t

componenta totala

componenta variabila

componenta medie

amplitudine

Forma de unda a curentului prin dioda

12

Dioda Zener

Dioda Zener Simbolul electronic al diodei Zener

Caracteristica de funcţionare a diodei Zener

Circuitul echivalent al diodei Zener în regiunea de străpungere.

13

LED-ul – dioda electroluminiscentă

Simbolul electronic al LED-ului.

14

Atenuator de tensiune controlat în tensiune

ROL: reduce la ieşire tensiunea aplicată la intrare; reducerea este controlată de nivelul unei tensiuni de control

Tensiune intrare

Tensiune control

Tensiune iesire

15

Analiza circuitului în curent continuu

Se realizează pe un circuit echivalent – circuitul echivalent în curent continuu – care modelează comportamentul atenuatorului în curent continuu. Circuitul echivalent se obţine ţinând cont că:

condensatorul de capacitate mare C se înlocuieşte cu un circuit întrerupt ramura care conţine condensarorul C se elimină din circuit, prin aceasta curentul continuu fiind zero datorită condensatorului dispar vi şi R;

condensatorul de capacitate mare CL se înlocuieşte cu un circuit întrerupt ramura care conţine condensarorul CL se elimină din circuit, prin aceasta curentul continuu fiind zero datorită condensatorului dispare RL;

dioda D fiind polarizată direct (se observă că borna “+” a sursei VCC se aplică pe anodul diodei, iar borna “-” se aplică pe catodul diodei), aceasta se înlocuieşte cu circuitul echivalent valabil in c.c. In conducţie directă. Pentru simplitatea analizei, se va considera că rezistenţa de semnal mare rD este zero şi din acest motiv, dioda D se va înlocui numai cu sursa de tensiune VD, care modelează tensiunea de prag a acesteia.

16

+

VD

rD=0

Ω

-RL

+

-VCC D

IA

vo(t)

R

CL

C

+-vi(t)

RA

A

DCC

DA

DCCA R

VV

rR

VVI

Obtinerea circuitului echivalent al atenuatorului, în regim de curent continuu.

Curentul continuu prin dioda: este necesar pentru calcularea rezistentei de semnal mic a diodei

17

Analiza circuitului în regim variabil de semnal mic

Se realizează pe un alt circuit echivalent – circuitul echivalent în regim variabil de semnal mic – care modelează comportamentul atenuatorului în acest regim. Circuitul echivalent se obţine ţinând cont că:

condensatorul de capacitate mare C se înlocuieşte cu un scurtcircuit (fir);

dioda D se înlocuieşte cu circuitul echivalent format din rezistenţa de semnal mic rd care se calculeaza cu formula:

A

Td I

Vr

18

RL+

-VCC

R

D vo(t)rd

CL

C

+

-vi(t)

RA

Obtinerea circuitului echivalent al atenuatorului în regim variabil de semnal mic.

ALAdLd

ALdALdi

ALd

ALdo RRRrRr

RRrRRrunde)t(v

RRRr

RRr)t(v

)V(fr)I(fr CCdAd )V,V(fV CCio

19

Redresor monofazat monoalternanţă

RL

D

vo(t)

+

-vi(t)

vi(t)>0 => D = polarizata direct

=> vo(t) = vi(t)

vi(t)<0 => D = polarizata invers

=> vo(t) = 0

vI(t)

+_

+_

Tensiune intrare

Tensiune ieşire

=

se reduce variatia tensiunii de intrare

v0(t)

0

0+ +

20

Introducerea filtrului: condensator de capacitate C de valoare foarte mare

RL

D

vo(t)

+

-vi(t)

Tensiune ieşire

C

vI(t)

+_

+_

Tensiune intrare

v0(t)

0

0+ +

vo

1 2

1. D = polarizata direct => C se incarca de la vi prin rezistenta foarte mica a diodei

2. D = polarizata invers => C se descarca pe RL

21

oMAXoMINoiMAXiMINiZo I,IisiV,VvdacaVv

oMAXZMIN

ZiMIN

oMINZMAX

ZiMAX

IIVV

IIVV

R ,

Stabilizator de tensiune cu dioda Zenermentine tensiunea de iesire la o valoare constanta chiar daca tensiunea de intrare variaza (intr-un domeniu specificat de valori), sau curentul de

sarcina variaza (curentul prin RL), sau temperatura de lucru variaza.

22

Structura unei surse de tensiune continua

23