Dioder är främst enkelriktade enheter. Det ger lågt motstånd när en framåt eller positiv Spänning appliceras och har hög motstånd när dioden är omvänd förspänd. En ideal diod har noll framåtriktat motstånd och noll spänningsfall. Dioden erbjuder högt motsatt motstånd, vilket resulterar i noll omvänd strömmar. Även om idealiska dioder inte finns, används nästan idealiska dioder i vissa applikationer. Matningsspänningarna är i allmänhet mycket större än en diod framspänning och därmed V._Fantas vara konstant. Matematiska modeller används för att approximera kisel- och germaniumdiodens egenskaper när belastningsmotståndet vanligtvis är högt eller mycket lågt. Dessa metoder hjälper till att lösa verkliga problem. Den här artikeln diskuterar vad som är diod approximation, typer av approximationer, problem och ungefärliga diodmodeller.

Vad är en diod?

TILL diod är en enkel halvledare med två terminaler som kallas anod och katod. Det tillåter strömflödet i en riktning (riktning framåt) och begränsar strömflödet i motsatt riktning (omvänd riktning). Det har lågt eller inget motstånd när det är förspänt framåt och högt eller oändligt motstånd när det är förspänt bakåt. Terminalernas anod avser positiv ledning och katod avser den negativa ledningen. De flesta av dioderna leder eller låter ström strömma när anoden är ansluten med en positiv spänning. Dioder används som likriktare i strömförsörjning.

halvledardiod

Vad är dioduppskattning?

Diod approximation är en matematisk metod som används för att approximera det ickelinjära beteendet hos riktiga dioder för att möjliggöra beräkningar och krets analys. Det finns tre olika approximationer som används för att analysera diodkretsarna.

Första dioduppskattning

I den första approximationsmetoden betraktas dioden som en framåtriktad diod och som en sluten omkopplare med noll spänningsfall. Det är inte lämpligt att använda i verkliga förhållanden men används endast för allmänna approximationer där precision inte krävs.

första approximationen

Andra diod approximation

I den andra approximationen betraktas dioden som en framåtriktad diod i serie med a batteri för att slå på enheten. För att en kiseldiod ska kunna tändas behöver den 0,7V. En spänning på 0,7 V eller mer matas för att slå på den framåtförspända dioden. Dioden stängs av om spänningen är mindre än 0,7V.

andra approximation

Tredje dioduppskattningen

Den tredje approximationen av en diod inkluderar spänning över dioden och spänning över bulkmotstånd, R_B. Bulkmotståndet är lågt, till exempel mindre än 1 ohm och alltid mindre än 10 ohm. Bulkmotståndet, R_Bmotsvarar motståndet hos p- och n-material. Detta motstånd ändras baserat på mängden spänning framåt och strömmen som flyter genom dioden vid varje given tidpunkt.

Spänningsfallet över dioden beräknas med formeln

V_d= 0,7V + I_d* R_B

Och om R_B<1/100 R_Theller R_B<0.001 R_Th, vi försummar det

tredje approximationen

Problem med diodtillnärmning med lösningar

Låt oss nu titta på två två exempel på dioduppskattningsproblem med lösningar

1). Titta på kretsen nedan och använd den andra approximationen av dioden och hitta strömmen som flyter genom dioden.

krets-för-diod-approximation

Jag_D= (V_s- V_D) / R = (4-0,7) / 8 = 0,41A

2). Titta på båda kretsarna och beräkna med den tredje approximationsmetoden för diod

kretsar med tredje metoden

För fig (a)

Att lägga till 1kΩ motstånd med bulkmotstånd 0,2Ω gör ingen skillnad i strömflödet

Jag_D= 9,3 / 1000,2 = 0,0093 A.

Om vi inte räknar 0,2Ω, då

Jag_D= 9,3 / 1000 = 0,0093 A.

För fig (b)

För lastmotstånd på 5Ω innebär skillnad i strömflöde när man ignorerar bulkmotstånd på 0,2Ω.

Därför måste bulkmotstånd övervägas och det korrekta strömvärdet är 1.7885 A.

Jag_D= 9,3 / 5,2 = 1,75885 A.

Om vi inte räknar 0,2Ω, då

Jag_D= 9,3 / 5 = 1,86 A.

Sammanfattningsvis tas lastmotståndet i kraft om lastmotståndet är litet. Men om lastmotståndet är mycket högt (varierar till flera kilo-ohm), har bulkmotstånd ingen effekt på strömmen.

Ungefärliga diodmodeller

Diodmodellerna är matematiska modeller som används för att approximera diodens faktiska beteende. Vi ska diskutera modelleringen av p-n-korsningen ansluten i en framåtriktad riktning med hjälp av olika tekniker.

Shockley-diodmodell

I Shockley-diodmodell ekvation är diodströmmen I för en p-n-korsningsdiod relaterad till diodspänningen VD. Om vi antar att VS> 0,5V och ID är mycket högre än IS, representerar vi VI-karakteristiken för en diod med

i_D= i_S(är^{VD / ηVT}- 1) —— (i)

Med Kirchhoff's loopekvation får vi följande ekvation

i_D= (V_S- V_D/ R) ———- (ii)

Förutsatt att diodparametrarna är och η är kända, medan ID och IS är okända kvantiteter. Dessa kan hittas med två tekniker - Grafisk analys och Iterativ analys

Iterativ analys

En iterativ analysmetod används för att hitta diodspänningen VD med avseende på VS för en given serie värden med hjälp av en dator eller miniräknare. Ekvationen (i) kan omorganiseras genom att dela den med IS och lägga till 1.

är^{VD / ηVT}= Jag / jag_S+1

Genom att använda den naturliga loggen på båda sidor av en ekvation kan den exponentiella tas bort. Ekvationen minskar till

V_D/ ηV_T= ln (I / I_S+1)

Att ersätta (i) från (ii) eftersom det uppfyller Kirchhoffs lag och ekvationen minskar till

V_D/ ηV_T= (ln (V._S–V_D) / RI_S) +1

Eller

V_D= ηV_Tln ((V_S- V_D) / RI_S+1)

Eftersom Vs är känt för att värdera, kan VD gissas och värdet placeras på höger sida av ekvationen och utför kontinuerliga operationer, ett nytt värde för VD kan hittas. När VD har hittats används Kirchhoffs lag för att hitta I.

Grafisk lösning

Genom att plotta ekvationerna (i) och (ii) på IV-kurvan erhålls en ungefärlig grafisk lösning i skärningspunkten mellan två grafer. Denna skärningspunkt i diagrammet uppfyller ekvationerna (i) och (ii). Den raka linjen i diagrammet representerar belastningslinjen och kurvan i diagrammet representerar diodkarakteristiska ekvationen.

grafisk lösning för att bestämma arbetspunkten

Piecewise linjär modell

Eftersom den grafiska lösningsmetoden är mycket komplicerad för sammansatta kretsar, används ett alternativt tillvägagångssätt för diodmodellering, känd som bitvis linjär modellering. I denna metod delas en funktion upp i flera linjära segment och används som en kurva för diod approximation.

Grafen visar VI-kurvan för en riktig diod som approximeras med en tvåsegment bitvis linjär modell. En riktig diod klassificeras i tre element i serie: en ideal diod, spänningskällan och en motstånd . Tangenten som dras vid Q-punkten till diodkurvan och lutningen på denna linje är lika med det ömsesidiga av diodens motstånd vid Q-punkten.

styckvis-linjär-approximation

Matematiskt idealiserad diod

En matematiskt idealiserad diod avser en ideal diod. I denna typ av en idealisk diod är nuvarande flödet är lika med noll när dioden är omvänd förspänd. Karakteristiken för en ideal diod är att leda vid 0V när en positiv spänning appliceras och strömflödet skulle vara oändligt och dioden beter sig som en kortslutning. Den karakteristiska kurvan för en ideal diod visas.

I-V-karakteristik-kurva

Vanliga frågor

1). Vilken diodmodell representerar den mest exakta approximationen?

“vad är de olika typerna av batterier ”

Den tredje approximationen är den mest exakta approximationen eftersom den inkluderar en diodspänning på 0,7 V, spänning över en diods inbyggda motstånd och omvänd motstånd från en diod.

2). Vad är diodens nedbrytningsspänning?

Nedbrytningsspänningen för en diod är den lägsta omvända spänningen som används för att göra diodens nedbrytning och ledning i omvänd riktning.

3). Hur testar du en diod?

För att testa en diod, använd en digital multimeter

Byt multimeterväljaren till diodkontrolläge
Anslut anoden till den positiva ledningen på multimeter och katoden till den negativa ledningen
Multimeter visar en spänningsavläsning mellan 0,6V till 0,7V och vet att dioden fungerar
Vänd nu multimeteranslutningarna
Om multimetern visar ett oändligt motstånd (över räckvidd) och vet att dioden fungerar

4). Är dioden en ström?

En diod är varken en strömstyrd eller en spänningsstyrd enhet. Det leder om positiva och negativa spänningar ges korrekt.

Denna artikel diskuterade de tre typerna av diod approximationsmetod. Vi diskuterade hur en diod kan approximeras när dioden fungerar som en omkopplare med få numeriska. Slutligen diskuterade vi olika typer av ungefärliga diodmodeller. Här är en fråga till dig, vilken funktion har en diod?