22
Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR

Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

Curs 2

DIODE. CIRCUITE DR

Page 2: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

2

CUPRINS

Structură. Simbol

Relația curent-tensiune

Regimuri de funcționare

Punct static de funcționare

Parametrii diodei

Modelul cu cădere de tensiune constantă

Analiza circuitelor cu diode

Page 3: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

3

Structură. Simbol

Simbol

Sensuri pozitive pentru curent și tensiune

Structură fizică

Simbolul diodei – o săgeată ce arată sensul pozitiv al curentului prin diodă

Anod Catod

Page 4: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

4

Relația curent-tensiune

IS – curentul de saturație (~ nA - pA)

VT – tensiunea termică

vD – tensiunea ce cade pe diodă

n – factor de calitate

25TV mV @ 20OC

n=2 diode discrete

n=1 diode integrate

)1( T

D

nV

v

SD eIi

K - constanta Boltzmann

q – sarcina electrică

T – temperatura absolută grade Kelvin

Curentul prin diodă este controlat de tensiunea ce cade pe diodă – dispozitiv semiconductor neliniar

Ecuația diodei – William Shockley

q

KTVT

K=1.3806488(13)×10−23 J/K

q=1.602×10−19 C

0 K = −273.15 °C

Page 5: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

5

Relația curent-tensiune

Modelul exponețial al diodei

valid în ambele regiuni - conducție și blocare

Tensiunea de prag

)1( T

D

nV

v

SD eIi

VP 0.6V

T

D

nV

v

SD eIi

Vp

Polarizare directăPolarizare inversăStrăpungere

Page 6: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

6

Regimuri de funcționare

)1( T

D

nV

v

SD eIi

-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 v

D[V]

(off)

(on)

iD[mA]

Polarizare inversă

vD < 0V

Blocare (b) vD < vP; iD = 0

Conducție (c) vD > vP; iD > 0

VP 0.6V

Polarizare

directă

vD > 0V

Blocare Conducție

VP

Page 7: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

7

Regimuri de funcționare

Dioda 1N400x este o dioda redresoare discretă

IS=14nA, n=2

mA8.16)1(1014 252

700

9 eiD

Exemplificare

Considerând o cădere de tensiune pe diode în conducție

V7.0Dv

rezultă valoarea curentului prin diodă:

Page 8: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

8

Punct static de funcționare - PSF

Pentru 1N400x IS=14nA, n=2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0

20

40

60

80

100

Q1(0.3V; 0mA)

Q2(0.7V; 14.5mA)

Q3(0.78V; 70.8mA)

iD[mA]

vD[V]

ID3

ID2

VD2

VD3

);( DD IVQ

Page 9: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

9

Punct static de funcționare – dependența de temperatură);( DD IVQ

T

D

nV

v

SD eIi IS, VT - depind direct de temperatură

La curent constant, la o creştere a temperaturii cu 10C,

tensiunea pe diodă scade cu 2mV

C2mV/ΟCT

cstIDDD

TTCTTvTv

)()()( 1212

coeficient termic negativ

La tensiune constantă pe diodă, curentul crește cu temperatura

Page 10: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

10

Parametrii diodei

Parametrii statici – se definesc in regim static (c.c.)

rezistenţa statică a diodei 𝑟𝐷

Parametrii diferenţiali – se definesc in regim variabil de semnal mic (parametrii de semnal mic)

rezistenţa diferențială a diodei 𝑟𝑑

Parametrii diodei se definesc în PSF

Page 11: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0

20

40

60

80

100

VD2

iD[mA]

VD3

rD3

= 11

rD2

= 48.3

rD1

= 120

VD1

vD[V] I

D1

ID2

ID3

DE C2

11

Parametrii diodei – parametrii statici

Rezistenţa statică a diodei

D

D

D

DV

I

rg

1

Exemplu

Conductanţa statică a diodei

Cu creșterea curentului, dioda este în conductie mai

puternică, asadar rezistența statică este mai redusă.

D

DD

I

Vr

Q

Q1(0.65V; 5.4mA)

Q2(0.7V; 14.5mA)

Q3(0.78V; 70.8mA)

1204.5

65.01Dr

3.485.14

7.02Dr

118.70

78.02Dr

Page 12: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

12

Parametrii diodei – parametrii diferențiali

Aproximarea de semnal mic: regiune liniară în jurul lui Q

vD(t)= VD+vd(t)

iD(t)=ID+id(t)

Un semnal variabil mic este suprapus peste mărimile de cc

Q

d

dd

i

vr

D

Td

I

nVr

Rezistența diferențială

Q

D

Dd

i

vr

FACULTATIV

Page 13: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

13

Parametrii diodei

Interpretarea parametrilor diodei rD şi rd

Modelarea diodei în PSF

semnal mic

(variații)

curent continuu

FACULTATIV

Page 14: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

14

Parametrii diodei

Exemplificare

a) Care este circuitul echivalent în curent continuu?

b) Considerând Q(0,64V; 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?

vi

FACULTATIV

Page 15: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

15

Modelul cu cădere de tensiune constantă

vD < 0.7V

iD = 0

vD = 0.7V

iD > 0

D – (b) D – (c)

blocare

conducție

Page 16: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

16

Analiza circuitelor cu diode

ID=? VD=?

Două metode de rezolvare:

1. Metoda grafică

2. Metoda analitică (aproximări succesive)

T

D

nV

V

SD eII

DDI VRIV

T

D

nV

V

SDI eRIVV

Circuit cu o sursă de tensiune continuuă și o rezistență

Determinare PSF );( DD IVQ

TKV:

Ecuația diodei:

Ecuație transcendentă

Page 17: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

17

Analiza circuitelor cu diode

T

D

nV

V

SD eII

DDI VRIV TKV:

(dreapta de sarcină)

Ecuația diodei:

Metoda grafică

Efectul rezistenței asupra PSF - Q

Page 18: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

18

Analiza circuitelor cu diode

Metoda analitică simplificată

Se consideră valoarea tensiunii pe diodă VD =0.7V şi se determină curentul prin diodă ID folosind

ecuaţia dreptei de sarcină.

R

VVI DI

D

VVD 7.0

Exemplu

Se dă VI=9V și R=0.5k. Care este punctul static de funcționare al D - Q?

V6.0DV

R

VVI DI

D

mA6.16

5.0

7.09

DI

Considerăm căderea de tensiune pe dioda în conducție:

D – (c)

)mA6.16;V7.0(Q

VVD 7.0

Page 19: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

19

Analiza circuitelor cu diode

Metoda analitică iterativă

1. Se consideră o valoare iniţială a tensiunii pe diodă, de ex. VD(0) =0.7V şi se determină curentul prin

diodă ID(0) folosind ecuaţia dreptei de sarcină.

(VD(0), ID

(0)) – soluţia inițială

2.Cu valoarea ID(0) se calculează tensiunea pe diodă din ecuaţia diodei VD

(1), apoi curentul ID(1) din ecuaţia

dreptei de sarcină.

(VD(1) , ID

(1)) – soluţia după prima iteraţie

3. Dacă este necesară o precizie mai bună se mai efectuează alte interaţii.

În analiza manuală, rapidă, se utilizează în general soluția inițială

FACULTATIV

Page 20: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

20

Analiza circuitelor cu diode

Metoda analitică iterativă FACULTATIV

Se consideră VI=3V, R=0.5K iar D o diodă de tipul 1N400x cu IS=14nA și n=2.

Care este punctul static de funcționare al D - Q?

V6.0DV

R

VVI DI

D

mA6.4

5.0

7.03

DI

Analiza simplificată, de ordinul unu:

D – (c)

)mA6.4;V7.0(Q

Exemplu

Considerăm căderea de tensiune pe dioda în conducție: VVD 7.0Pasul 1

Page 21: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

21

Analiza circuitelor cu diode

V7.0)0( DV

R

VVI DI

D

S

DTD

I

InVV ln

mA6.45.0

7.03)0(

DI

V637.0nA14

mA73.4ln025.02ln

)1()2(

S

DTD

I

IVnV

mA726.45.0

637.03)2()2(

R

VVI DI

D

)mA726.4;V637.0(Q

Analiza iterativă: FACULTATIV

V635.0nA14

mA6.4ln025.02ln

)0()1(

S

DTD

I

IVnV

mA73.45.0

635.03)1()1(

R

VVI DI

D

T

D

nV

V

SD eII

Pasul 1

Pasul 2

Pasul 3

Page 22: Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR - bel.utcluj.robel.utcluj.ro/dce/didactic/de/DE_Curs2.pdf · Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR. DE C2 2 CUPRINS Structură. Simbol Relația curent-tensiune Regimuri

DE C2

22

Ce am învățat azi despre diodă?

Structură. Simbol

Relația curent-tensiune

Regimuri de funcționare

Punct static de funcționare

Parametrii diodei

Modelul cu cădere de tensiune constantă

Analiza circuitelor cu diode