plik


ÿþforum szukaj ksi|ki linki artykuBy teoria dla pocztkujcych schematy elektronika retro mikrokontrolery Teoria Diody Charakterystyka diody - PrzeBczanie diody - Dioda Schottky'ego - Dioda Zenera - Dioda jako prostownik - Prostownik w zasilaczu - Dioda jako klucz - Ogranicznik diodowy Symbol graficzny diody przedstawiony jest na rys. 3.1, jak wida jest on podobny do strzaBki, która w tym przypadku wyznacza kierunek przepBywu prdu przez diod. Wyprowadzenie diody A jest nazywane anod, a wyprowadzenie K jest nazywane katod. Je|eli do anody diody doprowadzi si napicie dodatnie wzgldem katody czyli UAK>0 to bdzie ona spolaryzowana w kierunku przewodzenia i prd popBynie od anody do katody. W przypadku gdy napicie UAK<0 dioda jest spolaryzowana zaporowo i prd przez ni nie pBynie. Tak naprawd to pBynie tak zwany prd wsteczny ale jest on zwykle o kilka rzdów mniejszy ni| prd przewodzenia dlatego przyjmuje si, |e jest on równy zeru. Oczywi[cie tak jest do czasu gdy napicie zaporowe nie przekroczy pewnej granicy tak zwanego napicia przebicia, a wówczas popBynie prd porównywalny z prdem w kierunku przewodzenia. Zwykle powoduje to uszkodzenie diody, chyba |e mamy do czynienia ze specjalnym rodzajem diody tak zwanej diody Zenera, w której wykorzystywana jest napicie przebicia do stabilizacji (inna nazwa takiej diody to stabilistor). Charakterystyka diody Na rys. 3.2 przedstawiona jest charakterystyka diody ID=ID(UAK). Jak wida rys. 3.1 na rysunku ju| przy bardzo maBych napiciach UAK (jest to napicie na diodzie) prd pByncy przez diod ID (prd przewodzenia) bardzo mocno wzrasta do du|ych warto[ci. Tak jak ka|dy element dioda ma równie| swoje parametry graniczne, których nie mo|na przekroczy bez jej uszkodzenia. Dlatego prd przewodzenia diody nie mo|e przekroczy jej prdu maksymalnego IFmax. Napicie przewodzenia diody UF okre[la si przy prdzie przewodzenia IF=0,1·IFmax. Dla diody germanowej Ge (diody mog by zbudowane z ró|nych póBprzewodników) napicie to zawiera si w zakresie od 0,2V do 0,4V, a dla diody krzemowej Si - od 0,5V do 0,8V. Jako "ciekawostk" podam wzór na teoretyczn charakterystyk diody: rys. 3.2 gdzie: - IS jest teoretycznym prdem wstecznym, - m jest wspóBczynnikiem korekcyjnym i wynosi od 1 do 2, - UT=kT/q jest potencjaBem elektrokinetycznym. PotencjaB ten w temperaturze normalnej (pokojowej) wynosi: rys. 3.3 Charakterystyki diody krzemowej i germanowej przedstawione na rys. 3.3 powstaBy na podstawie przedstawionego wy|ej wzoru. Typowe dane dla diody germanowej i krzemowej wynosz: - dioda krzemowa IS=10 pA, mUT=30 mV, IFmax=100 mA - dioda germanowa IS=100 nA, mUT=30 mV, IFmax=100 mA. Z charakterystyki mo|na odczyta warto[ci napicia przewodzenia UF dla prdu przewodzenia IF=0,1·IFmax. Dla diody germanowej napicie przewodzenia jest równe 0,35V, a dla diody krzemowej 0,62V. PrzeBczanie diody Oprócz napicia przewodzenia, napicia wstecznego czy te| prdu przewodzenia, bardzo wa|nym parametrem diody jest jej czas magazynowania Badunku tm. Proces wyBczania diody pokazany jest na przebiegach czasowych na rys. 3.4. Dioda D wBczona w ukBad z zródBem napicia Ug nie wyBcza si od razu po zmianie napicia Ug z dodatniego na ujemne. Jak wida na rysunku napicie na diodzie spada z opóznieniem równym czasowi magazynowania Badunku w zBczu p-n. Typowe warto[ci tego czasu s dla diod maBej mocy równe od ok. 10ns do 100ns, a dla diod du|ej mocy nawet rzdu µs. Przy pracy diody w obwodach z sygnaBami szybkozmiennymi nale|y zwraca uwag na to aby czas magazynowania byB znacznie mniejszy od okresu sygnaBu, który ma ulec wyprostowaniu na diodzie. rys. 3.4 Dioda Schottky'ego W przypadku gdy chcemy wBczy diod w ukBad z sygnaBem o du|ej czstotliwo[ci to lepiej jest zastosowa diod Schottky'ego. Symbol graficzny takiej diody jest przedstawiony na rys. 3.5. W diodzie Schottky'ego miejsce zBcza p-n zajmuje zBcze metal-póBprzewodnik, które te| ma wBa[ciwo[ci rys. 3.5 prostownicze (przepuszczanie prdu w jednym kierunku). Aadunek magazynowany w takim zBczu jest bardzo maBy i dlatego typowy czas przeBczania jest rzdu 100ps. Oprócz tego diody Schottky'ego maj mniejsze napicie przewodzenia (UF=0,3V) ni| diody krzemowe. Dioda Zenera Dioda Zenera wykorzystuje t wBa[ciwo[ zBcz p-n, która w przypadku zwykBych diod jest zgubna, a mianowicie przekroczenie maksymalnego rys. 3.6 napicia wstecznego, przy którym prd bardzo szybko wzrasta. W przypadku diod Zenera napicie to jest dokBadnie okre[lone i nazywane jest napiciem Zenera UZ. Symbol graficzny diody Zenera przedstawiony jest na rys. 3.6, a charakterystyka tej diody na rys. 3.7. Jak wida na rys. 3.7 stabilizacja na diodzie zenera polega na tym, |e du|ym zmianom prdu diody DID towarzysz bardzo maBe zmiany spadku napicia DUAK i przyjmuje si, |e napicie na diodzie nie zmienia si i jest równe napiciu Zenera UZ. Diody takie stosuje si do stabilizacji napi staBych. Produkuje si diody na napicia Zenera od 1,5V do 200V, ale trzeba pamita, |e im mniejsze jest to napicie tym gorsza stabilizacja. Najprostszy ukBad stabilizacji napicia staBego z wykorzystaniem diody rys. 3.7 Zenera przedstawiony jest na rys. 3.8. Rezystor R1 ustala warto[ prdu pByncego przez diod i do obci|enia. Warto[ tego rezystora musi by tak dobrana aby zapewni wBa[ciwe warunki stabilizacji dla danego typu diody Zenera. WBa[ciwy prd mo|na zawsze odczyta z danych katalogowych diody. Przedstawiony ukBad mo|e sBu|y jako zródBo napicia odniesienia. Taki ukBad ma jednak kilka wad np. takich jak wpByw temperatury czy wpByw zmian prdu pByncego przez diod na napicie stabilizacji. Kilka ukBadów przedstawiajcych lepsze rozwizania przedstawiBem w dziale Ciekawe rys. 3.8 rozwizania ukBadowe. Dioda jako prostownik Jednym z najczstszych i najprostszych zastosowaD diody jest wykorzystanie jej jako prostownika. Prostownik zamienia prd przemienny, czyli taki który pBynie na zmian w dwóch kierunkach na prd jednokierunkowy. Czsto o diodach mówi si "prostownik" majc na my[li takie wBa[nie zastosowanie. rys. 3.9 Prostownik jednopoBówkowy Na rys. 3.9 przedstawiony jest najprostszy ukBad prostownika. Ug jest zródBem napicia przemiennego, a RL jest rezystancj reprezentujc obci|enie prostownika. W tym przypadku (rys. 3.10) zródBem napicia wej[ciowego Ug jest napicie zmienne takie jak na przykBad w sieci 220V 50Hz, które jest obni|ane na transformatorze sieciowym i podawane na diod D. Tak wic dla wej[ciowego napicia sinusoidalnego o amplitudzie zdecydowanie wikszej od napicia przewodzenia diody (0.6V) napicie na obci|eniu UL wyglda tak jak na rys. 3.10 (przebieg czerwony). Jak wida rys. 3.10 przez diod przedostaj si tylko dodatnie poBówki sinusoidy, gdy| wówczas na anodzie diody jest wy|szy potencjaB ni| na katodzie i dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia (oczywi[cie wtedy gdy Ug>0.6V). Mo|na wic powiedzie, |e jest to prostownik jednopoBówkowy. Napicie UL wystpuje wic jedynie przez poBow okresu napicia wej[ciowego Ug. Prostownik dwupoBówkowy Na rys. 3.11 przedstawiony jest inny ukBad prostownika. Jest to dwupoBówkowy ukBad mostkowy. Tak zwany mostek zBo|ony jest z diod D1, D2, D3, D4. Przebiegi napicia wej[ciowego Ug i wyj[ciowego UL przedstawione s na rys. 3.12. Dla dodatniej poBówki sinusoidy sygnaBu wej[ciowego prd (strzaBki czerwone) popBynie przez diod D1 do obci|enia RL, dalej poprzez diod D3 do zródBa Ug. Nastpnie dla poBówki ujemnej prd (strzaBki niebieskie) popBynie poprzez diod D2 do obci|enia RL jak wida zachowujc ten sam rys. 3.11 kierunek przepBywu prdu przez obci|enie jak dla poBówki dodatniej, a nastpnie poprzez diod D4 z powrotem do zródBa Ug. W efekcie na wyj[ciu ukBadu otrzymamy napicie wyprostowane dwupoBówkowo co wida na przebiegu z rys. 3.12 (przebieg czerwony). Poziome odcinki pomidzy poBówkami sinusoidy s spowodowane spadkami napi na przewodzcych diodach. Warto zauwa|y, |e w ukBadzie mostkowym dla obu kierunków sygnaBu wej[ciowego, z wej[ciem s poBczone szeregowo dwie diody. Dlatego aby prd zaczB pByn do obci|enia napicie Ug musi by wiksze od podwojonego napicia przewodzenia diody (Ug>2·0.6V). Warto o tym pamita szczególnie przy projektowaniu zasilaczy. rys. 3.12 Prostownik w zasilaczu sieciowym Prostownik jednopoBówkowy czy dwupoBówkowy w takich postaciach jak przedstawione na rys. 3.9 i 3.11 nie maj w zasadzie praktycznego zastosowania gdy| napicie otrzymywane na wyj[ciu nie zmienia wprawdzie kierunku lecz ma bardzo du|e zmiany je[li chodzi o warto[ napicia - zmiany te s nazywane ttnieniami. Aby otrzyma napicie staBe równie| co do warto[ci nale|y je wygBadzi, a w tym celu na wyj[ciu prostownika stosuje si filtr dolnoprzepustowy. Filtr ten najcz[ciej ma posta kondensatora elektrolitycznego (czasami mo|na zastosowa pomidzy mostkiem, a kondensatorem maBy rezystor dla ograniczenia prdu). PrzykBad zastosowania prostownika mostkowego w zasilaczu sieciowym przedstawiony jest na rys. 3.13. yródBem napicia zmiennego jest napicie rys. 3.13 sieciowe obni|ane na transformatorze sieciowym. Kondensator filtrujcy (wygBadzajcy) C doBczony jest równolegle do obci|enia RL. Filtrowanie polega na tym, |e kondensator Baduje si w czasie, gdy napicie prostownika przewy|sza napicie na kondensatorze, a rozBadowuje si w czasie, gdy napicie prostownika spada poni|ej napicia na kondensatorze. Szybko[ rozBadowywania zale|y od staBej czasowej RL·C. Przebieg napicia rys. 3.14 wyj[ciowego U przedstawiony jest na rys. 3.14. Kolorem czerwonym zaznaczony jest ksztaBt napicia na wyj[ciu prostownika bez kondensatora filtrujcego C, a kolorem niebieskim napicie na wyj[ciu z doBczonym kondensatorem. Napicie ttnieD Ut równe jest DU. Aby zapewni maB amplitud ttnieD to warto[ kondensatora C dobiera si tak aby byB speBniony warunek RL·C>>1/f gdzie f jest czstotliwo[ci ttnieD - w tym przypadku jest to 100Hz (czstotliwo[ napicia sieciowego jest równa 50Hz). Warunek ten oznacza, |e czas jaki upBywa midzy nastpujcymi po sobie doBadowaniami kondensatora jest znacznie mniejszy od staBej czasowej obwodu rozBadowania. Aby obliczy warto[ midzyszczytow napicia ttnieD (na rys. 3.14 oznaczona jako DU) wystarczy zajrze do dziaBu Elementy RLC i przypomnie sobie skd si bierze wzór: DU=(I/C)·Dt Dla Dt=T=1/f - prostowanie jednopoBówkowe Dt=½T=1/2f - prostowanie dwupoBówkowe gdzie T jest okresem napicia sieciowego (20ms), a f jego czstotliwo[ci (50Hz), otrzymuje si nastpujce wzory na warto[ napicia ttnieD: odpowiednio dla prostownika jednopoBówkowego i dwupoBówkowego. Prd IL jest prdem obci|enia. Oczywi[ci powy|sze wzory s pewnym przybli|eniem, ale z praktycznego punktu widzenia zupeBnie wystarczajacym i przy ich pomocy bdziesz mógB wyliczy wBa[ciw warto[c pojemno[ci dla kondensatora filtrujcego w zasilaczu sieciowym, zakBadajc oczywi[cie dopuszczaln warto[ napicia ttnieD i maksymalny prd obci|enia. Aby przewiczy wykorzystanie powy|szych wzorów proponuj rozwiza zadanie 3.1 i zadanie 3.2. Dioda jako klucz Podstawow wBa[ciwo[ diody jak jest przewodzenie prdu w jednym kierunku mo|na doskonale wykorzysta w ukBadach przeBczajcych - kluczach. PrzeBcznikiem diodowym (kluczem) nazywany jest nieliniowy dzielnik napicia zBo|ony z rezystora i diody. Oczywi[cie elementem nieliniowym jest dioda. Na rysunku 3.15 pokazane s mo|liwe konfiguracje ukBadu klucza diodowego i jego charakterystyki przej[ciowe (oczywi[cie s to charakterystyki uproszczone). UkBady te ró|ni si jedynie umiejscowieniem zacisków wej[ciowych i wyj[ciowych. Wystarczy wic przeanalizowa dziaBanie jednego z nich przedstawionego na rysunku 3.16. Na ukBad klucza diodowego z rysunku 3.16 skBadaj si dioda D i rezystor R. Klucz pobudzany jest impulsem prostoktnym otrzymywanym ze zródBa Ug, którego rezystancja wewntrzna wynosi Rg. Je|eli napicie pobudzajce jest wystarczajco du|e to klucz diodowy zostaje wBczony czyli dioda przewodzi, a wej[cie z wyj[ciem jest poBczone. Inaczej mówic na wyj[ciu pojawi si takie samo napicie jak na wej[ciu, oczywi[cie je[li pomin napicie przewodzenia diody UF czy spadek napicia na Rg. Gdy impuls pobudzajcy zmieni polaryzacj to dioda jest zatkana lub mówic inaczej klucz jest wyBczony, a wej[cie z wyj[ciem rozBczone. Gdy klucz diodowy jest wBczony to w obwodzie pBynie prd IF, którego warto[ mo|na wyliczy ze wzoru: rys. 3.15 a napicie wyj[ciowe wynosi wówczas: Z tego wzoru wida, |e aby wpByw na napicie wyj[ciowe Uwy spadku napicia UF na przewodzcej diodzie i na rezystancji wewntrznej zródBa Rg byB znikomy to napicie pobudzajce Ug musi by znacznie wiksze od UF, a R musi by znacznie wiksze od Rg. Wad klucza diodowego jest równie| to, |e jest on wra|liwy na zmiany obci|enia reagujc zmian napicia wyj[ciowego. Inn wad jest przenoszenie si wszelkich zakBóceD w obu kierunkach (oczywi[cie w czasie wBczenia klucza). Pomimo tych wad klucze diodowe s stosowane szczególnie w technice impulsowej, poniewa| posiadaj zalet jak jest bardzo maBa bezwBadno[. rys. 3.16 Ogranicznik diodowy UkBad pokazany na rysunku 3.17 ma za zadanie ograniczanie wzrostu napicia wyj[ciowego powy|ej napicia +4,6V (zakBadajc, |e spadek napicia na przewodzcej diodzie wynosi 0,6V). Na katodzie diody wystpuje napicie 4V (aby obliczy w tym miejscu to napicie wystarczy skorzysta ze wzoru na dzielnik napicia). Je|eli napicie wej[ciowe wzro[nie powy|ej 4,6V to dioda zacznie przewodzi i na wyj[ciu ukBadu napicie bdzie ograniczone do warto[ci: Uwy= 4V + 0,6V = 4,6V Tak dBugo jak dBugo napicie wej[ciowe bdzie wiksze od 4,6V napicie rys. 3.17 wyj[ciowe bdzie ograniczone do tej wBa[nie warto[ci. Dla napi wej[ciowych mniejszych od 4,6V napicie na wyj[ciu bdzie równe wej[ciowemu. Rezystory R2 i R3 musz mie tak warto[ aby ich rezystancja zastpcza czyli rezystancja poBczonych równolegle R2 i R3 (przy obliczaniu rezystancji zastpczej zródBo napicia +12V nale|y potraktowa jak zwarcie do masy) byBa maBa w porównaniu z rezystorem R1, gdy| to pozwoli na zmniejszenie niestaBo[ci zródBa napicia odniesienia opartego na dzielniku napicia (R2 i R3). Aby sprawdzi czy potrafisz zaprojektowa i obliczy ogranicznik diodowy spróbuj rozwiza zadanie 3.3. Literatura: "Sztuka elektroniki" - P.Horowitz i W.Hill "UkBady póBprzewodnikowe" - U.Tietze i Ch.Schenk "Podstawowe ukBady elektroniczne" - W.Nowakowski UWAGA: Wszystkie umieszczone schematy, informacje i przykBady maj sBu|y tylko do wBasnych celów edukacyjnych i nie nale|y ich wykorzystywa do |adnych konkretnych zastosowaD bez przeprowadzenia wBasnych prób i do[wiadczeD, gdy| nie udzielam |adnych gwarancji, |e podane informacje s caBkowicie wolne od bBdów i nie bior odpowiedzialno[ci za ewentualne szkody wynikajce z zastosowania podanych informacji, schematów i przykBadów. Wszystkie nazwy handlowe, nazwy produktów oraz znaki towarowe umieszczone na tej stronie s zastrze|one dla ich wBa[cicieli. U|ywanie ich tutaj nie powinno by uwa|ane za naruszenie praw wBa[ciciela, jest tylko potwierdzeniem ich dobrej jako[ci. All trademarks mentioned herein belong to their respective owners. They aren't intended to infringe on ownership but only to confirm a good quality. Strona wyglda równie dobrze w rozdzielczo[ci 1024x768, jak i 800x600. Optymalizowana byBa pod IE dlatego polecam przegldanie jej w IE5.5 lub nowszych przy rozdzielczo[ci 1024x768. © Copyright 2001-2005 Elektronika analogowa

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Elektronika analogowa teoria tranzystory bipolarne
Elektronika analogowa teoria tranzystory polowe
Elektronika analogowa Teoria Wstęp
Elektronika analogowa Teoria Elementy RLC
Elektronika analogowa teoria tranzystory
Elektronika analogowa Diody
technik elektronik 60 (teoria odp)
Elektronika Analogowa Kurs Bascom Avr W Przykĺ‚Adach Pierwszy Program
Elem Elektron Cwicz Zadania diody 091130
Elektronika analogowa Zadania i przykłady
1) Drgania w liniowych obwodach elektrycznych Analogie elektromechaniczneid179
Elektronika analogowa Tranzystory
Elektronika analogowa elementy RLC
Elektronika analogowa czym mierzyc
Elektronika analogowa Nowości na stronie
teoria rozwiązywania obwodów elektrycznych

więcej podobnych podstron