Ευθεία φόρτου - Δίοδοι εμπορίου
σελ 42-48
Παράδειγμα 3.3.1:
Δίδεται η χαρακτηριστική καμπύλη μιας διόδου. Να ευρεθεί η στατική αντίσταση στο σημείο Α και η δυναμική αντίσταση στο σημείο Β.
ln(mA)
100 90 80 70 60 50 40
0,2 0,4 0,6 0,8 0,9 1 1,2 1,4 1,51,6 VA
Λυση
Η στατική αντίσταση στο σημείο Α είναι :
Σχήμα 3.3.5.Χαρακτηριστική καμπύλη της διόδου του παραδείγματος.
Η δυναμική αντίσταση στο σημείο Β είναι:
3.3.2 Ευθεία φόρτου
Στην παράγραφο 3.2.1 αναφέρθηκε ότι για να επιλυθεί ένα κύκλωμα που περιέχει δίοδο σε ορθή πόλωση, χρησιμοποιήθηκε το ισοδύναμο κύκλωμα του. Υπάρχει όμως και ένας δεύτερος τρόπος για την επίλυση του εν λόγω κυκλώματος, ο οποίος είναι γραφικός και όχι υπολογιστικός, και έχει ως εξής:
Σ' ένα κύκλωμα συνδέεται μια δίοδος D σε ορθή πόλωση με πηγή συνεχούς ρεύματος Vi και αντίσταση φόρτου RL. Δίδεται επίσης και η χαρακτηριστική της διόδου (σχήμα 3.3.6).
Σχήμα 3.3.6. Γραφική επίλυση. (α) Κύκλωμα (β) Ευθεία φόρτου
Αν VD είναι η τάση στα άκρα της διόδου και lD το ρεύμα του κυκλώματος, εφαρμόζοντας τον κανόνα των τάσεων του Kirchnoff θα είναι :
Αντικαθιστώντας θα είναι:
Η σχέση (3.3.8) είναι μια γραμμική εξίσωση πρώτου βαθμού και παριστάνει την μεταβολή της τάσης στα άκρα της διόδου VD συναρτήσει της μεταβολής του ρεύματος ID. Σχηματικά η εξίσωση αυτή παριστάνεται με μία ευθεία γραμμή, η οποία ονομάζεται ευθεία φόρτου (σχήμα 3.3.6β).
Για να βρεθεί το σημείο τομής της ευθείας φόρτου με τον άξονα των τάσεων, θα πρέπει να τεθεί στην σχέση (3.3.9), ID =0 οπότε:
Δηλαδή, το σημείο τομής της ευθείας φόρτου με τον οριζόντιο άξονα των τάσεων είναι το σημείο όπου η τάση γίνεται ίση με την τάση της πηγής.
Για να βρεθεί το σημείο τομής της ευθείας φόρτου με τον άξονα των ρευμάτων, θα πρέπει να τεθεί στη σχέση (3.3.9), VD = 0 οπότε:
Οι τιμές αυτές που δίδονται στις σχέσεις (3.3.10) και (3.3.11) προσδιορίζουν την ευθεία φόρτου που χαράχθηκε στο σχήμα 3.3.6. Στο ίδιο σχήμα μπορεί να χαραχθεί και η χαρακτηριστική καμπύλη της διόδου. Η τομή της χαρακτηριστικής με την ευθεία φόρτου είναι ένα σημείο Q που ονομάζεται σημείο ηρεμίας ή σημείο λειτουργίας του κυκλώματος. Η τάση VQ και το ρεύμα IQ είναι η τάση και το ρεύμα ηρεμίας της διόδου αντίστοιχα.
Παράδειγμα 3.3.2
Να ευρεθεί το σημείο λειτουργίας (VQ , IQ) στο κάτωθι κύκλωμα, όταν
δίδεται η χαρακτηριστική της διόδου στο σχήμα 3.3.7.
WmA)
Σχήμα 3.3.7
Λυση
Σχεδιάζουμε την ευθεία φόρτου. Αυτή θα τέμνει τον άξονα των τάσεων στο σημείο VD = 10V και τον άξονα των ρευμάτων στο σημείο
10V
=2,22mA
Το σημείο τομής της ευθείας φόρτου με τη χαρακτηριστική καμπύλη είναι το σημείο Q, του οποίου οι συντεταγμένες είναι IQ, VQ. Αρα το σημείο ηρεμίας (λειτουργίας) είναι VQ — 2,8 Volt, IQ — 1,6 mA.
Ij(mA)
Σχήμα 3.3.8 Εύρεση σημείου ηρεμίας (λειτουργίας)
Παράδειγμα 3.3.3
Για το παραπάνω κύκλωμα να υπολογισθούν οι ισχείς στη δίοδο και στο φόρτο.
Λύση
Η καταναλισκομένη ισχύς στη δίοδο είναι:
pD = IQ ' VQ =1.6 mA χ 2,8 V = 4,48 mW.
Η καταναλισκομένη ισχύς στον φόρτο είναι :
PL -IQ RL = (1,6 χ 10-3)2 χ 2,8 χ 103 = 7,168 mW χ 10-3 =7,168mW
3.3.3 Δίοδοι Εμπορίου
Η κατασκευή των διόδων - επαφών ΡΝ γίνεται με διάφορες τεχνικές
που θα αναλυθούν στο μάθημα Τεχνολογία Ηλεκτρονικών Διατάξεων.
Ενδεικτικά αναφέρονται η επαφή με ανάπτυξη, η επαφή κράματος, η επαφή διάχυσης και η ανάπτυξη με μέθοδο επίταξης.
Στο παράρτημα του βιβλίου δίδονται τεχνικά φυλλάδια των διόδων όπως περιγράφονται από τους κατασκευαστές. Οι τιμές που δίδονται για τα κύρια χαρακτηριστικά των διόδων είναι μέγιστες τιμές ανοχής
(ratings) πέραν των οποίων η δίοδος καταστρέφεται :
1. Μέγιστο ρεύμα ορθής φοράς (IF MAX)
2. Μέγιστη τάση κατά την ορθή φορά (VF MAX)
3. Μέγιστη τάση κατά την ανάστροφη φορά (VRRM, VBR)
4. Μέγιστο ανάστροφο ρεύμα Ι0 ή IR
5. Μέγιστη ισχύς διόδου PMAX
Οι δίοδοι περιγράφονται με ορισμένους κωδικούς οι οποίοι προδιαγράφουν το είδος του ημιαγωγού π.χ πυριτίου ή γερμανίου, τη σειρά παραγωγής, κ.λ.π. Οι κωδικοί αυτοί περιλαμβάνουν γράμματα του λατινικού αλφαβήτου και αριθμούς. Στον επόμενο πίνακα δίδονται ενδεικτικά τα χαρακτηριστικά ορισμένων διόδων:
Δίοδος
'F MAX (A)
VF MAX (V)
VRRM (V)
IO,IR(A)
1Ν 4001
Πίνακας 3.3.1 Χαρακτηριστικά διόδων εμπορίου
