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