การประมาณไดโอดคืออะไร: ประเภทและแบบจำลองไดโอด

ไดโอดส่วนใหญ่เป็นอุปกรณ์ทิศทางเดียว มีความต้านทานต่ำเมื่อไปข้างหน้าหรือเป็นบวก แรงดันไฟฟ้า ถูกนำไปใช้และมีสูง ความต้านทาน เมื่อไดโอดกลับลำเอียง ไดโอดในอุดมคติมีความต้านทานไปข้างหน้าเป็นศูนย์และแรงดันไฟฟ้าตกเป็นศูนย์ ไดโอดมีความต้านทานย้อนกลับสูงส่งผลให้กระแสย้อนกลับเป็นศูนย์ แม้ว่าจะไม่มีไดโอดในอุดมคติ แต่ก็มีการใช้ไดโอดในอุดมคติในบางแอปพลิเคชัน โดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายจะใหญ่กว่าแรงดันไปข้างหน้าของไดโอดดังนั้น V_ฉจะถือว่าคงที่ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ใช้เพื่อประมาณลักษณะของซิลิกอนและเจอร์เมเนียมไดโอดเมื่อความต้านทานต่อโหลดโดยทั่วไปสูงหรือต่ำมาก วิธีการเหล่านี้ช่วยแก้ปัญหาในโลกแห่งความเป็นจริง บทความนี้จะกล่าวถึงการประมาณไดโอดประเภทของการประมาณปัญหาและโมเดลไดโอดโดยประมาณ

ไดโอดคืออะไร?

ถึง ไดโอด เป็นเซมิคอนดักเตอร์อย่างง่ายที่มีสองขั้วเรียกว่าแอโนดและแคโทด ช่วยให้การไหลของกระแสในทิศทางเดียว (ทิศทางไปข้างหน้า) และ จำกัด การไหลของกระแสในทิศทางตรงกันข้าม (ทิศทางย้อนกลับ) มีความต้านทานต่ำหรือเป็นศูนย์เมื่อมีความเอนเอียงไปข้างหน้าและความต้านทานสูงหรือไม่มีที่สิ้นสุดเมื่อเอนเอียงย้อนกลับ ขั้วบวกขั้วหมายถึงตะกั่วบวกและแคโทดหมายถึงตะกั่วลบ ไดโอดส่วนใหญ่จะทำหน้าที่หรือปล่อยให้กระแสไหลเมื่อต่อขั้วบวกด้วยแรงดันไฟฟ้าบวก ไดโอดใช้เป็นวงจรเรียงกระแสใน แหล่งจ่ายไฟ

เซมิคอนดักเตอร์ไดโอด

Diode Approximation คืออะไร?

การประมาณไดโอดเป็นวิธีการทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการประมาณพฤติกรรมที่ไม่เป็นเชิงเส้นของไดโอดจริงเพื่อให้สามารถคำนวณและ วงจร การวิเคราะห์. มีการประมาณที่แตกต่างกันสามแบบที่ใช้ในการวิเคราะห์วงจรไดโอด

การประมาณไดโอดครั้งแรก

ในวิธีการประมาณค่าแรกไดโอดถือเป็นไดโอดแบบเอนเอียงไปข้างหน้าและเป็นสวิตช์ปิดที่มีแรงดันไฟฟ้าตกเป็นศูนย์ ไม่เหมาะที่จะใช้ในสถานการณ์จริง แต่ใช้สำหรับการประมาณโดยทั่วไปเท่านั้นซึ่งไม่จำเป็นต้องมีความแม่นยำ

การประมาณครั้งแรก

การประมาณไดโอดที่สอง

ในการประมาณครั้งที่สองไดโอดถือเป็นไดโอดแบบเอนเอียงไปข้างหน้าในอนุกรมที่มี แบตเตอรี่ เพื่อเปิดอุปกรณ์ หากต้องการเปิดซิลิกอนไดโอดต้องใช้ 0.7V แรงดันไฟฟ้า 0.7V หรือสูงกว่าจะถูกป้อนเพื่อเปิดไดโอดแบบเอนเอียงไปข้างหน้า ไดโอดจะดับลงหากแรงดันไฟฟ้าน้อยกว่า 0.7V

การประมาณครั้งที่สอง

การประมาณไดโอดที่สาม

การประมาณค่าที่สามของไดโอดรวมถึงแรงดันไฟฟ้าของไดโอดและแรงดันไฟฟ้าที่มีความต้านทานจำนวนมาก R_ข. ความต้านทานส่วนใหญ่ต่ำเช่นน้อยกว่า 1 โอห์มและน้อยกว่า 10 โอห์มเสมอ ความต้านทานจำนวนมาก R_ขสอดคล้องกับความต้านทานของวัสดุ p และ n ความต้านทานนี้จะเปลี่ยนไปตามปริมาณแรงดันส่งต่อและกระแสที่ไหลผ่านไดโอดในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง

แรงดันตกคร่อมไดโอดคำนวณโดยใช้สูตร

วี_ง= 0.7V + I_ง* ร_ข

และถ้า R_ข<1/100 R_ธหรือ R_ข<0.001 R_ธเราละเลยสิ่งนั้น

การประมาณที่สาม

ปัญหาเกี่ยวกับการประมาณไดโอดพร้อมแนวทางแก้ไข

ตอนนี้เรามาดูตัวอย่างปัญหาเกี่ยวกับไดโอด 2 ตัวอย่างพร้อมวิธีแก้ไข

1). ดูวงจรด้านล่างและใช้การประมาณครั้งที่สองของไดโอดและค้นหากระแสที่ไหลผ่านไดโอด

การประมาณวงจรสำหรับไดโอด

ผม_ง= (V_เอส- V_ง) / R = (4-0.7) / 8 = 0.41A

2). ดูทั้งสองวงจรและคำนวณโดยใช้วิธีการประมาณค่าที่สามของไดโอด

วงจรโดยใช้วิธีที่สาม

สำหรับมะเดื่อ (a)

การเพิ่มตัวต้านทาน1kΩพร้อมตัวต้านทานจำนวนมาก0.2Ωไม่ทำให้กระแสที่ไหลแตกต่างกัน

ผม_ง= 9.3 / 1000.2 = 0.0093 ก

ถ้าเราไม่นับ0.2Ωก็

ผม_ง= 9.3 / 1000 = 0.0093 ก

สำหรับมะเดื่อ (b)

สำหรับความต้านทานโหลด5Ωการละเว้นความต้านทานจำนวนมากที่0.2Ωจะทำให้เกิดความแตกต่างในการไหลของกระแส

ดังนั้นจึงต้องพิจารณาความต้านทานจำนวนมากและค่าที่ถูกต้องของกระแสคือ 1.7885 A

ผม_ง= 9.3 / 5.2 = 1.75885 ก

ถ้าเราไม่นับ0.2Ωก็

ผม_ง= 9.3 / 5 = 1.86 ก

การสรุปถ้าความต้านทานโหลดน้อยความต้านทานจำนวนมากจะมีผลบังคับใช้ อย่างไรก็ตามหากความต้านทานต่อโหลดสูงมาก (ตั้งแต่หลายกิโลโอห์ม) ความต้านทานจำนวนมากจะไม่มีผลต่อกระแส

โมเดลไดโอดโดยประมาณ

แบบจำลองไดโอดเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ใช้สำหรับการประมาณพฤติกรรมจริงของไดโอด เราจะหารือเกี่ยวกับการสร้างแบบจำลองของจุดต่อ p-n ที่เชื่อมต่อในทิศทางที่เอนเอียงไปข้างหน้าโดยใช้เทคนิคต่างๆ

รุ่น Shockley Diode

ใน รุ่นช็อกลีย์ไดโอด สมการกระแสไดโอด I ของไดโอดทางแยก p-n สัมพันธ์กับแรงดันไดโอด VD สมมติว่า VS> 0.5V และ ID สูงกว่า IS มากแสดงถึงคุณลักษณะ VI ของไดโอดโดย

ผม_ง= i_ส(คือ^{VD / ηVT}- 1) —— (ผม)

ด้วย Kirchhoff’s สมการลูปเราได้สมการต่อไปนี้

ผม_ง= (V_ส- V_ง/ R) ———- (ii)

สมมติว่าพารามิเตอร์ไดโอดเป็นและηเป็นที่รู้จักในขณะที่ ID และ IS ไม่ใช่ปริมาณที่ไม่รู้จัก สิ่งเหล่านี้สามารถพบได้โดยใช้สองเทคนิค - การวิเคราะห์เชิงกราฟิกและการวิเคราะห์ซ้ำ

การวิเคราะห์ซ้ำ

วิธีการวิเคราะห์แบบวนซ้ำใช้เพื่อค้นหาแรงดันไดโอด VD เทียบกับ VS สำหรับชุดค่าที่กำหนดโดยใช้คอมพิวเตอร์หรือเครื่องคิดเลข สมการ (i) สามารถจัดระเบียบใหม่ได้โดยหารด้วย IS และเพิ่ม 1

คือ^{VD / ηVT}= ฉัน / ฉัน_ส+1

ด้วยการใช้บันทึกธรรมชาติทั้งสองด้านของสมการเลขชี้กำลังสามารถลบออกได้ สมการลดเป็น

วี_ง/ ηV_ที= ln (I / I_ส+1)

การแทนที่ (i) จาก (ii) เนื่องจากเป็นไปตามกฎของ Kirchhoff และสมการจะลดเป็น

วี_ง/ ηV_ที= (ln (V_ส–V_ง) / RI_ส) +1

หรือ

วี_ง= ηV_ทีln ((V_ส- V_ง) / RI_ส+1)

เนื่องจาก Vs เป็นที่ทราบกันดีว่าค่า VD สามารถเดาได้และค่าจะถูกวางไว้ที่ด้านขวามือของสมการและดำเนินการต่อเนื่องจึงสามารถพบค่าใหม่สำหรับ VD ได้ เมื่อพบ VD แล้วกฎของ Kirchhoff จะถูกใช้เพื่อค้นหา I

โซลูชันกราฟิก

โดยการพล็อตสมการ (i) และ (ii) บนเส้นโค้ง I-V จะได้โซลูชันกราฟิกโดยประมาณที่จุดตัดของกราฟสองกราฟ จุดตัดกันบนกราฟนี้เป็นไปตามสมการ (i) และ (ii) เส้นตรงบนกราฟแสดงถึงเส้นโหลดและเส้นโค้งบนกราฟแสดงถึงสมการคุณลักษณะของไดโอด

กราฟิกโซลูชั่นเพื่อกำหนดจุดปฏิบัติการ

แบบจำลองเชิงเส้น Piecewise

เนื่องจากวิธีการแก้ปัญหาแบบกราฟิกมีความซับซ้อนสูงสำหรับวงจรคอมโพสิตจึงใช้วิธีอื่นในการสร้างแบบจำลองไดโอดซึ่งเรียกว่าการสร้างแบบจำลองเชิงเส้นทีละชิ้น ในวิธีนี้ฟังก์ชันจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนเชิงเส้นหลาย ๆ ส่วนและใช้เป็นเส้นโค้งลักษณะการประมาณค่าไดโอด

กราฟแสดงเส้นโค้ง VI ของไดโอดจริงที่ประมาณโดยใช้แบบจำลองเชิงเส้นสองส่วนทีละส่วน ไดโอดจริงแบ่งออกเป็นสามองค์ประกอบในอนุกรม: ไดโอดในอุดมคติแหล่งจ่ายแรงดันและก ตัวต้านทาน . แทนเจนต์ที่ลากมาที่จุด Q ไปยังเส้นโค้งของไดโอดและความชันของเส้นนี้จะเท่ากับความต้านทานของไดโอดที่จุด Q

การประมาณแบบเชิงเส้น

ไดโอดในอุดมคติทางคณิตศาสตร์

ไดโอดในอุดมคติทางคณิตศาสตร์หมายถึงไดโอดในอุดมคติ ในไดโอดในอุดมคติประเภทนี้ ปัจจุบัน การไหลจะเท่ากับศูนย์เมื่อไดโอดมีความเอนเอียงแบบย้อนกลับ ลักษณะเฉพาะของไดโอดในอุดมคติคือการทำงานที่ 0V เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าบวกและการไหลของกระแสจะไม่มีที่สิ้นสุดและไดโอดจะทำงานเหมือนไฟฟ้าลัดวงจร แสดงเส้นโค้งลักษณะของไดโอดในอุดมคติ

I-V- ลักษณะเส้นโค้ง

คำถามที่พบบ่อย

1). ไดโอดรุ่นใดแสดงถึงการประมาณที่แม่นยำที่สุด

การประมาณครั้งที่สามเป็นการประมาณที่แม่นยำที่สุดเนื่องจากมีแรงดันไฟฟ้าของไดโอด 0.7V แรงดันไฟฟ้าข้ามความต้านทานภายในของไดโอดและความต้านทานย้อนกลับที่นำเสนอโดยไดโอด

2). แรงดันไฟฟ้าของไดโอดคืออะไร?

แรงดันไฟฟ้าสลายของไดโอดคือแรงดันย้อนกลับขั้นต่ำที่ใช้เพื่อทำให้ไดโอดแตกตัวและดำเนินการในทิศทางย้อนกลับ

3). คุณทดสอบไดโอดอย่างไร?

ในการทดสอบไดโอดให้ใช้ดิจิตอลมัลติมิเตอร์

• เปลี่ยนสวิตช์เลือกมัลติมิเตอร์เป็นโหมดตรวจสอบไดโอด
• ต่อขั้วบวกเข้ากับขั้วบวกของมัลติมิเตอร์และขั้วลบกับขั้วลบ
• มัลติมิเตอร์แสดงการอ่านแรงดันไฟฟ้าระหว่าง 0.6V ถึง 0.7V และรู้ว่าไดโอดกำลังทำงาน
• ตอนนี้ย้อนกลับการเชื่อมต่อของมัลติมิเตอร์
• หากมัลติมิเตอร์แสดงความต้านทานไม่สิ้นสุด (ช่วงเกิน) และรู้ว่าไดโอดกำลังทำงาน

4). ไดโอดเป็นกระแสหรือไม่?

ไดโอดไม่ใช่ทั้งอุปกรณ์ควบคุมกระแสหรืออุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า มันดำเนินการหากได้รับแรงดันไฟฟ้าบวกและลบอย่างถูกต้อง

บทความนี้กล่าวถึงไฟล์ ไดโอด วิธีการประมาณ เราได้กล่าวถึงวิธีการประมาณไดโอดเมื่อไดโอดทำหน้าที่เป็นสวิตช์ที่มีตัวเลขไม่กี่ตัว ในที่สุดเราได้กล่าวถึงโมเดลไดโอดโดยประมาณประเภทต่างๆ นี่คือคำถามสำหรับคุณว่าไดโอดมีหน้าที่อะไร?