Zbior Zadań z analogówki wersja 2.0.pdf

(4627 KB) Pobierz
3.Diody półprzewodnikowe
Równanie Shockley'a (w zór 2.8) jest podstawą do aproksymacji charakterystyki diody modelami
Idwuodcinkowymi oraz wyznaczenia niektórych parametrów technicznych diody np. temperaturowego
Gryfu napięcia złącza (krzemowego):
= -2 ,3 ^ .
a r
yl=const
■
K
(3.1)
fWśród parametrów technicznych diody można wymienić:
■
U
br
-
graniczna wartość napięcia w kierunku zaporowym
{U
rsu
)\
UM
- dopuszczalna wartość napięcia wstecznego
(U
rru
\ U
ro
,
t
Q&‘UB
r
\
I
q
- dopuszczalny prąd średni wyprostowany w kierunku przewodzenia (nie mylić z
prądem zaporowym złącza).
Równanie 2.8 słuszne dla złącza idealnego nie opisuje pracy diody w zakresie przebicia. Parametr)
(techniczne diod wykorzystujących to zjawisko, czyli diod stabilizacyjnych są następujące:
Uz
- napięcie stabilizacji,
ri
- rezystancja dynamiczna w zakresie stabilizacji,
Izmin -
minimalny prąd diody w obszarze stabilizacji,
Pri
- maksymalna m oc strat,
podstawową zależnością opisującą działanie diod pojemnościowych jest równanie 3.5.
śDla fotodiod charakterystykę prądowo-napięciową możemy opisać równaniem:
f = / o l e* P - ^ - l - / /
i
cu
i
(3-2)
gdzie
I/}tsX
fotoprądem powstałym pod wpływem promieniowania.
(Przykładowe charakterystyki statyczne różnych diod pokazano na rysunku Rys. 3.1. Warto porównać
[pokazane tutaj charakterystyki z m odelową charakterystyką złącza pokazaną na Rys. 2.2.
SOOm ■ ■ . . ............................. .....
■
. ■
DEL niebieska
DEL zielona
DEL
czerwona
Dioda Si BZP620C5W
dioda Schouky’
ego
DELzółia
Dioda GcAAFI 53
10
1
lOOm
lOm
30.0m
20 Om
Im
I
00
)i
\l
lOOn
I
/
1.0
lOOm
lOn
|
0.5
/
/'
,/
- -—- -
15
/
Łr
*
•
•
r
•
00
UL
03
In
DELM tM b
Miodom
0S.CMWM
D«faS.BZW20C5V6
4
m
4
i
SdMMh/(f>
DELlttt
DwfcGcAAPUJ
30
33
40
45
- ■
20
23
ID
13
20
23
3.0
33
40
43
30
U, W
w
Rys.3.1. Statyczne charakterystyki prądowo-napięciowc typowych diod półprzewodnikowych w układzie liniowym- po
lewej stronie i (te same charakterystyki) w układzie logarytmiczno-liniowym - po prawej stronie
Podczas analizy układu z diodą zastępujemy element nieliniowy jego modelem. Uproszczony
algorytm postępowania przedstawiono na Rys. 3.2. Różne są sposoby opisu modelu: schemat
zastępczy, zestaw wzorów.
34
Elektronika. Zbiór zadań
Rys.3.2. Algorytm analizy układu z elementem nieliniowym w zakresie małego sygnału.
Opisane w rozdziale 2 właściwości idealnego złącza p-n pozwalają zbudować model diody
półprzewodnikowej. Dla prądu stałego jest on opisany równaniem Shockleya (Rys. 3.6). Pracę diody
przy prądzie zmiennym w zakresie małych sygnałów można opisać wykorzystując schemat zastępczyń
diody pokazany na Rys. 3.5. Obwód ten zawiera rezystancję szeregową
Rs,
rezystancję upływu
Ru
oraz
omówione w rozdziale
2
parametry dynamiczne:
z(l + Io)
oĄ
rjkT
\
3 4 )1
'
Jlgg§
CjQ
(.
JS
111
BI
gdzie v=l/2 lub v=l/3 dla odpowiednio: złącza skokowego lub liniowego.
Najczęściej spotykane modele diod półprzewodnikowych zebrano w tabeli 3.1.
3 .Diody
półprzewodnikowe
jmodel malosygnałowy (dla
składowej zmiennej)
Rys.3-4-Malosygnakrwymodel diody
model
malosygnałowy
uwzględnieniem
R,
i
R,
z
gd
— C/ __Cy
| j
|J£
Rys.3.5. Malosygnałowy schemat zastępczy (model) diody półprzewodnikowej
z uwzględnieniem /?; i gfl______________________
->
model
staloprądowy
nieliniowy
(uproszczony -
bez
R,
i
Ry)
M o
IB
Jo
h i
f
l i L
Rys.3-6-Slaloprądowy nieliniowy model diody
zawór idealny
/ o = 0A d l a t / D < 0 V
( /o = 0V d l a / o 2 0 A
U
d
Rył-?.7.Qdcinlunw»4inkmy model diody
z
napięciem progowym
//> = OAdlaUg S
Uq
*/p
Uq —Uq
dla
1p
> O
A
l
/0
= 0,7V dla diody Si
U0
=03V dla diody Ge
U0
= 0,4V dla diody m-s
t
/0
= l,*V dla diody GaAs |
W
/p y ł
R y ł.J t Odciafcowo-limowy modd diody t MpKCia* proy*™
Elektronika. /blAr tadtrt
i
//) • GA dla
U p & U
q
/ _ ■
ElŁZllSL
dla t/f l >
V
u*
a
T
z
rezystancją
dynamiczną
Rys.3.9. Od e i n k o w o * / rtaytanęjądynamiczną
Z
przebiciem
bez
rezystancji
dynamicznych
wygodny przy analizie
ograniczników
E i
Up
■ Ad
-U% <Up <U
q
O to
J
Up mU
d
/p
^
0
q
la
[Up
-
-Uz
d
Ip
<O
lo
A
Hf
(Jo
U
D
Rys.3.10. Odclnkowo-llnlowy model diody z przebiciem, bez rezystancji
dynamicznych
z przebiciem
I p
■ OA dla -Ł/g <
U p
£
U
q
Q dla
U p > U
q
rd
U p
■
~U2
dla
I p
< OA
j D . v j i ź y . z . d]a U D < _u
rZ
Ip
=
f
I
d
l/rz
-i/z
I
Ryi.3.1
1
. Odclnkowo-Hniowy modol diody z przebiciem
3.Diody półprzewodnikowe
37
Ł
a
DANIA
Dioda półprzewodnikowa
jest opisana równaniem Shockleya z parametrami
pA, i/=I i
pracuje w temperaturze
7=293 K. Zakładając, że dioda
jest spolaryzowana
napięciem
(,y=0.5
V, wyznaczyć prąd
I f
oraz rezystancję statyczną
R
i dynamiczną
rj
w tym punkcie
pracy. Przy jakim napięciu
f/j prąd
1
ulegnie podwojeniu?
Odpowiedź:
3,88 mA; rt=128,8
Ci; r r 6M
U ,-0,517
V.
Charakterystykę statyczną
diody opisanej równaniem Shocklę/a należy aproksymowić
charakterystyką dw uodcinkow ą
(Rys. 3.13) tak, aby charakterystyki aproksymowana i
aproksymująca miały tę sam ą
wartość oraz takie samo nachylenie dla prądu
MO
mA. Przyjąć:
7 pA. 7=1. 7~=293 K.
^=1
.. - a S M
2
0
l/,trA 1
5
ID
)
r
dggfr.
»
i
|
o
£/,V
I Rys 3.12. Aproksymacja charakterystyki statycznej diody
HpuraUeryslyka dwuodcinkową (zad!
32)
Rys. 3.13. Układ do ad. 3.3
B
j
.
Odpowiedź:
r,r2,5
O; {/o=0,55 V.
Dioda półprzewodnikowa opisana równaniem Shockle/a o parametrach /(plOnA,
7“1
jest
połączona równolegle z rezystancją
100 Q (Rys. 3.13). Zakładając że przez dwójnik ten
płynie prąd
i=l+Im
sm(<a)
A znaleźć taką wartość prądu stałego / aby napięcie zmienne na
diodzie wynosiło u=50/„sin(<uf) V.
Odpowiedź: 7=2,78 mA.
-
6
*-
i
3.14. Układ prostownika jednopolówkowego
«n
I
.
A
*«
\
4X
U,
f l
Rys. 3.15. Układ do zad. 3J
3.16. Układ prostownika jednopołówkowego z filtrem
Dla prądu
1=2
mA określono parametry małosygnałowego modelu diody (Rys. 3.12): S r
*
a
3
V l2 .6 fi, C ^320 pF. Znaleźć wartości tych parametrów jeśli prąd wzrośnie do
wartości
/i**3 mA.
Odpowiedź:
rdi**8,4
O; C ^ ^ S O pF; /?s**3 O.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin