Dioden sind hauptsächlich unidirektionale Geräte. Es bietet einen geringen Widerstand, wenn vorwärts oder positiv Stromspannung angewendet wird und hat hoch Widerstand wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist. Eine ideale Diode hat einen Durchlasswiderstand von Null und einen Spannungsabfall von Null. Die Diode bietet einen hohen Sperrwiderstand, was zu Null-Sperrströmen führt. Obwohl es keine idealen Dioden gibt, werden in einigen Anwendungen nahezu ideale Dioden verwendet. Die Versorgungsspannungen sind im Allgemeinen viel größer als die Durchlassspannung einer Diode und damit V.F.wird als konstant angenommen. Mathematische Modelle werden verwendet, um die Eigenschaften von Silizium- und Germaniumdioden zu approximieren, wenn der Lastwiderstand typischerweise hoch oder sehr niedrig ist. Diese Methoden helfen, reale Probleme zu lösen. Dieser Artikel beschreibt, was Diodennäherung, Arten von Näherungen, Probleme und ungefähre Diodenmodelle sind.
Was ist eine Diode?
ZU Diode ist ein einfacher Halbleiter mit zwei Anschlüssen, die als Anode und Kathode bezeichnet werden. Es ermöglicht den Stromfluss in eine Richtung (Vorwärtsrichtung) und beschränkt den Stromfluss in die entgegengesetzte Richtung (Rückwärtsrichtung). Es hat einen niedrigen oder Nullwiderstand bei Vorwärtsvorspannung und einen hohen oder unendlichen Widerstand bei Rückwärtsvorspannung. Die Anode der Anschlüsse bezieht sich auf die positive Leitung und die Kathode bezieht sich auf die negative Leitung. Die meisten Dioden leiten oder lassen Strom fließen, wenn die Anode mit einer positiven Spannung verbunden ist. Dioden werden als Gleichrichter in verwendet Netzteil.
Halbleiterdiode
Was ist Diodenapproximation?
Die Diodenapproximation ist eine mathematische Methode zur Approximation des nichtlinearen Verhaltens realer Dioden, um Berechnungen und zu ermöglichen Schaltkreis Analyse. Es gibt drei verschiedene Näherungen, die zur Analyse der Diodenschaltungen verwendet werden.
Erste Diodenannäherung
Bei der ersten Näherungsmethode wird die Diode als in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode und als geschlossener Schalter mit einem Spannungsabfall von Null betrachtet. Es kann nicht unter realen Umständen verwendet werden, sondern nur für allgemeine Annäherungen, bei denen keine Genauigkeit erforderlich ist.
erste Annäherung
Approximation der zweiten Diode
In der zweiten Näherung wird die Diode als in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode in Reihe mit a betrachtet Batterie um das Gerät einzuschalten. Damit sich eine Siliziumdiode einschaltet, benötigt sie 0,7 V. Eine Spannung von 0,7 V oder mehr wird zugeführt, um die in Vorwärtsrichtung vorgespannte Diode einzuschalten. Die Diode schaltet sich aus, wenn die Spannung weniger als 0,7 V beträgt.
zweite Annäherung
Approximation der dritten Diode
Die dritte Näherung einer Diode umfasst die Spannung über der Diode und die Spannung über dem Volumenwiderstand R.B.. Der Volumenwiderstand ist gering, beispielsweise weniger als 1 Ohm und immer weniger als 10 Ohm. Der Volumenwiderstand R.B.entspricht dem Widerstand von p- und n-Materialien. Dieser Widerstand ändert sich basierend auf der Höhe der Weiterleitungsspannung und dem Strom, der zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die Diode fließt.
Der Spannungsabfall an der Diode wird nach der Formel berechnet
V.d= 0,7 V + I.d* R.B.
Und wenn R.B.<1/100 RThoder R.B.<0.001 RTh, wir vernachlässigen das
dritte Annäherung
Probleme bei der Diodenannäherung mit Lösungen
Schauen wir uns nun zwei Beispiele für Probleme bei der Diodennäherung mit Lösungen an
1). Schauen Sie sich die Schaltung unten an und verwenden Sie die zweite Näherung der Diode, um den durch die Diode fließenden Strom zu ermitteln.
Schaltung für Diodennäherung
ichD.= (V.s- V.D.) / R = (4-0,7) / 8 = 0,41A
2). Schauen Sie sich beide Schaltkreise an und berechnen Sie mit der dritten Approximationsmethode der Diode
Schaltungen nach der dritten Methode
Für Abb. (A)
Das Hinzufügen eines 1 kΩ-Widerstands mit einem Volumenwiderstand von 0,2 Ω macht keinen Unterschied im Stromfluss
ichD.= 9,3 / 1000,2 = 0,0093 A.
Wenn wir 0,2 Ω nicht zählen, dann
ichD.= 9,3 / 1000 = 0,0093 A.
Für Abb. (B)
Bei einem Lastwiderstand von 5 Ω führt das Ignorieren des Volumenwiderstands von 0,2 Ω zu einem Unterschied im Stromfluss.
Daher muss der Volumenwiderstand berücksichtigt werden und der korrekte Stromwert beträgt 1,7885 A.
ichD.= 9,3 / 5,2 = 1,75885 A.
Wenn wir 0,2 Ω nicht zählen, dann
ichD.= 9,3 / 5 = 1,86 A.
Zusammenfassend wird, wenn der Lastwiderstand klein ist, der Volumenwiderstand wirksam. Wenn der Lastwiderstand jedoch sehr hoch ist (im Bereich von mehreren Kiloohm), hat der Volumenwiderstand keinen Einfluss auf den Strom.
Ungefähre Diodenmodelle
Die Diodenmodelle sind mathematische Modelle, die zur Annäherung des tatsächlichen Verhaltens der Diode verwendet werden. Wir werden die Modellierung des pn-Übergangs diskutieren, der in Vorwärtsrichtung unter Verwendung verschiedener Techniken verbunden ist.
Shockley-Diodenmodell
In dem Shockley-Diodenmodell Gleichung ist der Diodenstrom I einer pn-Sperrschichtdiode mit der Diodenspannung VD verbunden. Unter der Annahme, dass VS> 0,5 V und ID viel höher als IS sind, repräsentieren wir die VI-Charakteristik einer Diode durch
ichD.= iS.(istVD / ηVT- 1) - (i)
Mit Kirchhoffs Schleifengleichung erhalten wir die folgende Gleichung
ichD.= (V.S.- V.D./ R) ———- (ii)
Angenommen, die Diodenparameter sind und η sind bekannt, während ID und IS unbekannte Größen sind. Diese können mit zwei Techniken gefunden werden - grafische Analyse und iterative Analyse
Iterative Analyse
Ein iteratives Analyseverfahren wird verwendet, um die Diodenspannung VD in Bezug auf VS für eine gegebene Reihe von Werten unter Verwendung eines Computers oder eines Rechners zu ermitteln. Die Gleichung (i) kann reorganisiert werden, indem sie durch IS geteilt und 1 addiert wird.
istVD / ηVT= I / I.S.+1
Durch Anwenden des natürlichen Protokolls auf beide Seiten einer Gleichung kann das Exponential entfernt werden. Die Gleichung reduziert sich auf
V.D./ ηVT.= ln (I / I.S.+1)
Ersetzen Sie (i) durch (ii), da es das Kirchhoffsche Gesetz erfüllt und die Gleichung sich auf reduziert
V.D./ ηVT.= (ln (V.S.–VD.) / RIS.) +1
Oder
V.D.= ηVT.ln ((V.S.- V.D.) / RIS.+1)
Da bekannt ist, dass Vs einen Wert hat, kann VD erraten werden und der Wert wird auf die rechte Seite der Gleichung gesetzt. Wenn kontinuierliche Operationen ausgeführt werden, kann ein neuer Wert für VD gefunden werden. Sobald VD gefunden ist, wird Kirchhoffs Gesetz verwendet, um I zu finden.
Grafische Lösung
Durch Auftragen der Gleichungen (i) und (ii) auf die I-V-Kurve wird eine ungefähre grafische Lösung am Schnittpunkt zweier Graphen erhalten. Dieser Schnittpunkt in der Grafik erfüllt die Gleichungen (i) und (ii). Die gerade Linie in der Grafik repräsentiert die Lastlinie und die Kurve in der Grafik repräsentiert die Diodenkennliniengleichung.
grafische Lösung zur Bestimmung des Betriebspunkts
Stückweises lineares Modell
Da die grafische Lösungsmethode für Verbundschaltungen sehr kompliziert ist, wird ein alternativer Ansatz der Diodenmodellierung verwendet, der als stückweise lineare Modellierung bekannt ist. Bei diesem Verfahren wird eine Funktion in mehrere lineare Segmente zerlegt und als Diodennäherungskennlinie verwendet.
Die Grafik zeigt die VI-Kurve einer realen Diode, die unter Verwendung eines stückweise linearen Modells mit zwei Segmenten angenähert wird. Eine reale Diode wird in drei Elemente in Reihe unterteilt: eine ideale Diode, die Spannungsquelle und a Widerstand . Die am Q-Punkt zur Diodenkurve gezogene Tangente und die Steigung dieser Linie entsprechen dem Kehrwert des Widerstands der Diode am Q-Punkt.
stückweise lineare Annäherung
Mathematisch idealisierte Diode
Eine mathematisch idealisierte Diode bezieht sich auf eine ideale Diode. Bei diesem Typ einer idealen Diode ist die Strom Das Fließen ist gleich Null, wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist. Die Eigenschaft einer idealen Diode besteht darin, bei 0 V zu leiten, wenn eine positive Spannung angelegt wird und der Stromfluss unendlich wäre und sich die Diode wie ein Kurzschluss verhält. Die Kennlinie einer idealen Diode ist dargestellt.
I-V-Kennlinie
FAQs
1). Welches Diodenmodell repräsentiert die genaueste Näherung?
Die dritte Näherung ist die genaueste Näherung, da sie eine Diodenspannung von 0,7 V, eine Spannung über dem inneren Volumenwiderstand einer Diode und einen von einer Diode angebotenen Sperrwiderstand umfasst.
2). Was ist die Durchbruchspannung der Diode?
Die Durchbruchspannung einer Diode ist die minimale Sperrspannung, die angelegt wird, um die Diode durchzubrechen und in Sperrrichtung zu leiten.
3). Wie testest du eine Diode?
Verwenden Sie zum Testen einer Diode ein Digitalmultimeter
- Stellen Sie den Multimeter-Wahlschalter auf Diodenprüfmodus
- Verbinden Sie die Anode mit der positiven Leitung des Multimeters und die Kathode mit der negativen Leitung
- Das Multimeter zeigt einen Spannungswert zwischen 0,6 V und 0,7 V an und weiß, dass die Diode funktioniert
- Vertauschen Sie nun die Anschlüsse des Multimeters
- Wenn das Multimeter einen unendlichen Widerstand (über den Bereich) anzeigt und weiß, dass die Diode funktioniert
4). Ist Diode ein Strom?
Eine Diode ist weder ein stromgesteuertes noch ein spannungsgesteuertes Gerät. Es leitet, wenn positive und negative Spannungen korrekt angegeben werden.
In diesem Artikel wurden die drei Arten von Diode Approximationsmethode. Wir haben diskutiert, wie eine Diode angenähert werden kann, wenn die Diode als Schalter mit wenigen Zahlen fungiert. Schließlich haben wir verschiedene Arten von ungefähren Diodenmodellen diskutiert. Hier ist eine Frage an Sie, welche Funktion hat eine Diode?
