Диоды - это в основном однонаправленные устройства. Он предлагает низкое сопротивление при прямом или положительном Напряжение применяется и имеет высокий сопротивление когда диод смещен в обратном направлении. Идеальный диод имеет нулевое прямое сопротивление и нулевое падение напряжения. Диод имеет высокое обратное сопротивление, что приводит к нулевым обратным токам. Хотя идеальных диодов не существует, в некоторых приложениях используются почти идеальные диоды. Напряжение питания обычно намного больше прямого напряжения диода и, следовательно, VFсчитается постоянным. Математические модели используются для аппроксимации характеристик кремниевых и германиевых диодов, когда сопротивление нагрузки обычно высокое или очень низкое. Эти методы помогают решать реальные проблемы. В этой статье обсуждается, что такое диодное приближение, типы приближений, проблемы и приблизительные модели диодов.
Что такое диод?
К диод представляет собой простой полупроводник с двумя выводами, называемыми анодом и катодом. Он позволяет току течь в одном направлении (прямое направление) и ограничивает ток в противоположном направлении (обратном направлении). Он имеет низкое или нулевое сопротивление при прямом смещении и высокое или бесконечное сопротивление при обратном смещении. Клеммы анода относятся к положительному выводу, а катод - к отрицательному выводу. Большинство диодов проводят или пропускают ток, когда анод подключен к положительному напряжению. Диоды используются как выпрямители в источник питания.
полупроводниковый диод
Что такое диодное приближение?
Аппроксимация диодов - это математический метод, используемый для аппроксимации нелинейного поведения реальных диодов для проведения расчетов и схема анализ. Для анализа диодных цепей используются три различных приближения.
Первое приближение диода
В методе первого приближения диод рассматривается как диод с прямым смещением и как замкнутый ключ с нулевым падением напряжения. Он не подходит для использования в реальных обстоятельствах, а используется только для общих приближений, когда точность не требуется.
в первом приближении
Второе приближение диода
Во втором приближении диод рассматривается как диод с прямым смещением, включенный последовательно с аккумулятор включить устройство. Чтобы кремниевый диод включился, ему нужно 0,7 В. Напряжение 0,7 В или выше подается для включения диода с прямым смещением. Диод отключается, если напряжение меньше 0,7 В.
во втором приближении
Третье приближение диода
Третье приближение диода включает напряжение на диоде и напряжение на объемном сопротивлении RB. Объемное сопротивление низкое, например, менее 1 Ом и всегда менее 10 Ом. Объемное сопротивление, RBсоответствует сопротивлению материалов p и n. Это сопротивление изменяется в зависимости от величины передаваемого напряжения и тока, протекающего через диод в любой момент времени.
Падение напряжения на диоде рассчитывается по формуле
Vd= 0,7 В + Id*РB
И если RB<1/100 RЧтили RB<0.001 RЧт, мы пренебрегаем этим
в третьем приближении
Проблемы диодного приближения с решениями
Давайте теперь рассмотрим два 2 примера задач диодного приближения с решениями
1). Посмотрите на схему ниже, используйте второе приближение диода и найдите ток, протекающий через диод.
схема за диодом
яD=(Vs– VD) / R = (4-0,7) / 8 = 0,41 А
2). Посмотрите на обе схемы и рассчитайте, используя метод третьего приближения диода
схемы, использующие третий метод
Для рис (а)
Добавление резистора 1 кОм к резистору 0,2 Ом не влияет на протекающий ток.
яD= 9,3 / 1000,2 = 0,0093 А
Если не считать 0,2 Ом, то
яD= 9,3 / 1000 = 0,0093 А
Для рис (б)
Для сопротивления нагрузки 5 Ом игнорирование объемного сопротивления 0,2 Ом приводит к разнице в протекании тока.
Следовательно, необходимо учитывать объемное сопротивление, и правильное значение тока составляет 1,7885 А.
яD= 9,3 / 5,2 = 1,75885 А
Если не считать 0,2 Ом, то
яD= 9,3 / 5 = 1,86 А
В итоге, если сопротивление нагрузки невелико, учитывается объемное сопротивление. Однако, если сопротивление нагрузки очень велико (до нескольких килоомов), то объемное сопротивление не влияет на ток.
Приблизительные модели диодов
Модели диодов - это математические модели, используемые для аппроксимации реального поведения диодов. Мы обсудим моделирование p-n-перехода, подключенного в прямом смещении, с использованием различных методов.
Модель диода Шокли
в Модель диода Шокли Согласно уравнению, ток I диода с p-n переходом связан с напряжением VD на диоде. Предполагая, что VS> 0,5 В и ID намного выше, чем IS, мы представляем VI характеристику диода как
яD= яS(являетсяVD / ηVT- 1) —— (i)
С Кирхгофа петлевое уравнение, получаем следующее уравнение
яD= (VS– VD/ R) ———- (ii)
Предположим, что параметры диода и η известны, а ID и IS - неизвестные величины. Их можно найти с помощью двух методов - графического анализа и итерационного анализа.
Итерационный анализ
Метод итерационного анализа используется для нахождения напряжения VD на диоде относительно VS для любого заданного ряда значений с помощью компьютера или калькулятора. Уравнение (i) можно реорганизовать, разделив его на IS и прибавив 1.
являетсяVD / ηVT= Я / ЯS+1
Применяя натуральный логарифм к обеим сторонам уравнения, можно удалить экспоненту. Уравнение сводится к
VD/ ηVТ= ln (I / IS+1)
Подставляя (i) из (ii), поскольку он удовлетворяет закону Кирхгофа, и уравнение сводится к
VD/ ηVТ= (ln (VS–VD) / RIS) +1
Или
VD= ηVТln ((VS– VD) / RIS+1)
Поскольку известно, что Vs имеет значение, VD можно угадать, и значение помещается в правую часть уравнения, и, выполняя непрерывные операции, можно найти новое значение для VD. После обнаружения ВД закон Кирхгофа используется для нахождения I.
Графическое решение
Построив уравнения (i) и (ii) на кривой I-V, можно получить приближенное графическое решение на пересечении двух графиков. Эта точка пересечения на графике удовлетворяет уравнениям (i) и (ii). Прямая линия на графике представляет линию нагрузки, а кривая на графике представляет уравнение характеристики диода.
графическое решение для определения рабочей точки
Кусочно-линейная модель
Поскольку для составных схем метод графического решения очень сложен, используется альтернативный подход моделирования диодов, известный как кусочно-линейное моделирование. В этом методе функция разбивается на несколько линейных сегментов и используется в качестве характеристической кривой диодного приближения.
График показывает кривую VI реального диода, аппроксимированную двухсегментной кусочно-линейной моделью. Настоящий диод подразделяется на три последовательно включенных элемента: идеальный диод, источник напряжения и резистор . Касательная, проведенная в точке Q к диодной кривой, и наклон этой линии равны сопротивлению диода, обратному сопротивлению в точке Q.
кусочно-линейная аппроксимация
Математически идеализированный диод
Математически идеализированный диод - это идеальный диод. В этом типе идеального диода текущий ток равен нулю, когда диод смещен в обратном направлении. Характеристика идеального диода - проводить при 0 В при приложении положительного напряжения, и ток будет бесконечным, а диод ведет себя как короткое замыкание. Показана характеристическая кривая идеального диода.
ВАХ
FAQs
1). Какая модель диода представляет наиболее точное приближение?
Третье приближение является наиболее точным, поскольку оно включает напряжение на диоде 0,7 В, напряжение на внутреннем объемном сопротивлении диода и обратное сопротивление, обеспечиваемое диодом.
2). Какое напряжение пробоя диода?
Напряжение пробоя диода - это минимальное обратное напряжение, прикладываемое, чтобы вызвать пробой диода и провести его в обратном направлении.
3). Как проверить диод?
Для проверки диода используйте цифровой мультиметр.
- Установите переключатель мультиметра в режим проверки диодов.
- Подключите анод к положительному выводу мультиметра, а катод к отрицательному выводу.
- Мультиметр показывает напряжение от 0,6 до 0,7 В и знает, что диод исправен.
- Теперь поменяйте местами подключения мультиметра.
- Если мультиметр показывает бесконечное сопротивление (вне диапазона) и знает, что диод исправен
4). Диод ток?
Диод не является устройством с управлением по току или напряжением. Он проводит, если правильно поданы положительное и отрицательное напряжение.
В этой статье обсуждались три типа диод метод аппроксимации. Мы обсудили, как диод может быть аппроксимирован, когда диод действует как переключатель с несколькими числами. Наконец, мы обсудили различные типы приближенных моделей диодов. Вот вам вопрос, какова функция диода?
