Wat is diodebenadering: typen en diodemodellen

Wat is diodebenadering: typen en diodemodellen

Diodes zijn voornamelijk unidirectionele apparaten. Het biedt een lage weerstand bij vooruit of positief Spanning wordt toegepast en heeft een hoge weerstand wanneer de diode in tegengestelde richting is voorgespannen. Een ideale diode heeft geen voorwaartse weerstand en geen spanningsval. De diode biedt een hoge tegenstroomweerstand, wat resulteert in nul tegenstromen. Hoewel ideale diodes niet bestaan, worden in sommige toepassingen bijna ideale diodes gebruikt. De voedingsspanningen zijn over het algemeen veel groter dan de doorlaatspanning van een diode en dus V.F.wordt verondersteld constant te zijn. Wiskundige modellen worden gebruikt om de kenmerken van silicium en germaniumdiodes te benaderen wanneer de belastingsweerstand typisch hoog of zeer laag is. Deze methoden helpen om echte problemen op te lossen. Dit artikel bespreekt wat is diode-benadering, soorten benaderingen, problemen en benaderende diodemodellen.



Wat is een diode?

NAAR diode is een eenvoudige halfgeleider met twee aansluitingen die anode en kathode worden genoemd. Het laat de stroom in één richting (voorwaartse richting) stromen en beperkt de stroom in de tegenovergestelde richting (de omgekeerde richting). Het heeft een lage of geen weerstand bij voorwaartse voorspanning en een hoge of oneindige weerstand bij omgekeerde voorspanning. De aansluitingsanode verwijst naar de positieve kabel en de kathode verwijst naar de negatieve kabel. De meeste diodes geleiden of laten stroom lopen wanneer de anode met een positieve spanning is verbonden. Diodes worden gebruikt als gelijkrichters in stroomvoorziening.


Halfgeleiderdiode

halfgeleider-diode





Wat is diodebenadering?

Diode-benadering is een wiskundige methode die wordt gebruikt om het niet-lineaire gedrag van echte diodes te benaderen om berekeningen en circuit analyse. Er zijn drie verschillende benaderingen die worden gebruikt om de diodecircuits te analyseren.

Eerste diodebenadering

In de eerste benaderingsmethode wordt de diode beschouwd als een voorwaarts gerichte diode en als een gesloten schakelaar zonder spanningsval. Het is niet geschikt om in de praktijk te gebruiken, maar wordt alleen gebruikt voor algemene benaderingen waarbij nauwkeurigheid niet vereist is.



Eerste benadering

eerste benadering

Tweede Diode Benadering

In de tweede benadering wordt de diode beschouwd als een voorwaarts voorgespannen diode in serie met a batterij om het apparaat in te schakelen. Om een ​​siliciumdiode aan te zetten, heeft deze 0,7V nodig. Een spanning van 0,7 V of hoger wordt toegevoerd om de voorwaarts gerichte diode in te schakelen. De diode gaat uit als de spanning lager is dan 0,7 V.

Tweede benadering

tweede benadering

Derde Diode Benadering

De derde benadering van een diode omvat spanning over de diode en spanning over bulkweerstand, R.B.​De bulkweerstand is laag, zoals minder dan 1 ohm en altijd minder dan 10 ohm. De bulkweerstand, RB.komt overeen met de weerstand van p- en n-materialen. Deze weerstand verandert op basis van de hoeveelheid doorschakelspanning en de stroom die op een bepaald moment door de diode vloeit.


De spanningsval over de diode wordt berekend met behulp van de formule

Vd= 0,7 V + ikd* RB.

En als RB.<1/100 RThof RB.<0.001 RTh, dat negeren we

Derde benadering

derde benadering

Diodebenadering Problemen met oplossingen

Laten we nu twee voorbeelden bekijken van problemen met de benadering van dioden met oplossingen

1). Kijk naar het onderstaande circuit en gebruik de tweede benadering van de diode en zoek de stroom die door de diode vloeit.

Circuit-voor-diode-benadering

circuit-voor-diode-benadering

ikD= (Vs- VD) / R = (4-0,7) / 8 = 0,41A

2). Bekijk beide circuits en bereken met behulp van de derde benaderingsmethode van diode

Circuits-met-derde-methode

circuits-met-derde-methode

Voor fig (a)

Het toevoegen van 1kΩ-weerstand met bulkweerstand 0.2Ω maakt geen enkel verschil in de stroom die vloeit

ikD= 9,3 / 1000,2 = 0,0093 A

Als we 0,2 Ω niet tellen, dan

ikD= 9,3 / 1000 = 0,0093 A

Voor fig (b)

Bij een belastingsweerstand van 5 Ω brengt het negeren van de bulkweerstand van 0,2 Ω een verschil in stroom.

Daarom moet rekening worden gehouden met bulkweerstand en is de juiste stroomwaarde 1,7885 A.

ikD= 9,3 / 5,2 = 1,75885 EEN

Als we 0,2 Ω niet tellen, dan

ikD= 9,3 / 5 = 1,86 A

Samenvattend, als de belastingsweerstand klein is, wordt de bulkweerstand in aanmerking genomen. Als de belastingsweerstand echter erg hoog is (variërend tot enkele kilo-ohm), heeft bulkweerstand geen effect op de stroom.

Diodemodellen bij benadering

De diodemodellen zijn wiskundige modellen die worden gebruikt voor de benadering van het werkelijke gedrag van de diode. We zullen de modellering bespreken van p-n-overgang die in voorwaartse richting is verbonden met behulp van verschillende technieken.

Shockley Diode-model

In de Shockley diode model vergelijking, de diodestroom I van een pn-junctiediode is gerelateerd aan de diodespanning VD. Ervan uitgaande dat VS> 0,5 V en ID veel hoger is dan IS, stellen we de VI-karakteristiek van een diode voor door

ikD= ikS(isVD / ηVT- 1) —— (i)

Met Kirchhoff's lusvergelijking, verkrijgen we de volgende vergelijking

ikD= (VS- VD/ R) ———- (ii)

Ervan uitgaande dat de diodeparameters zijn en η bekend zijn, terwijl ID en IS onbekende grootheden zijn. Deze kunnen worden gevonden met behulp van twee technieken: grafische analyse en iteratieve analyse

Iteratieve analyse

Een iteratieve analysemethode wordt gebruikt om de diodespanning VD te vinden ten opzichte van VS voor een bepaalde reeks waarden met behulp van een computer of rekenmachine. De vergelijking (i) kan worden gereorganiseerd door deze te delen door IS en 1 toe te voegen.

isVD / ηVT= Ik / ikS+1

Door de natuurlijke log aan beide zijden van een vergelijking toe te passen, kan de exponentiële waarde worden verwijderd. De vergelijking reduceert tot

VD/ ηVT= ln (ik / ikS+1)

Vervanging voor (i) uit (ii) aangezien het voldoet aan de wet van Kirchhoff en de vergelijking reduceert tot

VD/ ηVT= (ln (VS–VD) / RIS) +1

Of

VD= ηVTln ((VS- VD) / RIS+1)

Zoals bekend is dat Vs waardeert, kan VD worden geraden en wordt de waarde aan de rechterkant van de vergelijking geplaatst en door continue bewerkingen uit te voeren, kan een nieuwe waarde voor VD worden gevonden. Zodra VD is gevonden, wordt de wet van Kirchhoff gebruikt om ik te vinden.

Grafische oplossing

Door de vergelijkingen (i) en (ii) op ​​de I-V-curve uit te zetten, wordt een geschatte grafische oplossing verkregen op het snijpunt van twee grafieken. Dit snijpunt in de grafiek voldoet aan de vergelijkingen (i) en (ii). De rechte lijn in de grafiek geeft de belastingslijn weer en de curve in de grafiek geeft de karakteristieke diodevergelijking weer.

Grafische-oplossing-om-het-werkpunt te bepalen

grafische-oplossing-om-het-werkpunt te bepalen

Stuks lineair model

Omdat de grafische oplossingsmethode zeer gecompliceerd is voor composietcircuits, wordt een alternatieve benadering van diodemodellering gebruikt, bekend als stuksgewijze lineaire modellering. Bij deze methode wordt een functie opgesplitst in meerdere lineaire segmenten en gebruikt als een karakteristieke curve voor de benadering van de diode.

De grafiek toont de VI-curve van een echte diode die wordt benaderd met behulp van een tweedelig stuksgewijs lineair model. Een echte diode wordt in serie ingedeeld in drie elementen: een ideale diode, de spanningsbron en een weerstand ​De raaklijn getrokken op het Q-punt aan de diodecurve en de helling van deze lijn is gelijk aan het omgekeerde van de weerstand van de diode op het Q-punt.

Stuksgewijs-lineaire-benadering

stuksgewijs-lineaire-benadering

Wiskundig geïdealiseerde diode

Een wiskundig geïdealiseerde diode verwijst naar een ideale diode. In dit type ideale diode, de stroom vloeiend is gelijk aan nul wanneer de diode in tegengestelde richting is voorgespannen. Het kenmerk van een ideale diode is om te geleiden bij 0V wanneer een positieve spanning wordt aangelegd en de stroom zou oneindig zijn en de diode gedraagt ​​zich als een kortsluiting. De karakteristieke curve van een ideale diode wordt weergegeven.

I-V-karakteristieke curve

I-V-karakteristiek

Veelgestelde vragen

1). Welk diodemodel vertegenwoordigt de meest nauwkeurige benadering?

De derde benadering is de meest nauwkeurige benadering omdat deze een diodespanning van 0,7 V, spanning over de interne bulkweerstand van een diode en een omgekeerde weerstand aangeboden door een diode omvat.

2). Wat is de doorslagspanning van de diode?

De doorslagspanning van een diode is de minimale sperspanning die wordt toegepast om de diode te laten breken en in de omgekeerde richting te geleiden.

3). Hoe test je een diode?

Gebruik een digitale multimeter om een ​​diode te testen

  • Verander de multimeter-keuzeschakelaar in de diode-controlemodus
  • Verbind de anode met de positieve kabel van de multimeter en de kathode met de negatieve kabel
  • Multimeter toont een spanningswaarde tussen 0,6V en 0,7V en weet dat de diode werkt
  • Draai nu de aansluitingen van de multimeter om
  • Als de multimeter een oneindige weerstand vertoont (over bereik) en weet dat de diode werkt

4). Is de diode een stroom?

Een diode is noch een stroomgestuurd noch een spanningsgestuurd apparaat. Het geleidt als positieve en negatieve spanningen correct worden gegeven.

In dit artikel zijn de drie soorten diode benaderingsmethode. We hebben besproken hoe een diode kan worden benaderd wanneer de diode fungeert als een schakelaar met weinig numerieke waarden. Ten slotte hebben we verschillende soorten diodemodellen bij benadering besproken. Hier is een vraag voor jou, wat is de functie van een diode?