다이오드는 주로 단방향 장치입니다. 순방향 또는 양수일 때 낮은 저항을 제공합니다. 전압 적용되고 높은 저항 다이오드가 역 바이어스 될 때. 이상적인 다이오드는 순방향 저항이 0이고 전압 강하가 0입니다. 다이오드는 높은 역 저항을 제공하여 역전 류가 0이됩니다. 이상적인 다이오드는 존재하지 않지만 일부 애플리케이션에서는 거의 이상적인 다이오드가 사용됩니다. 공급 전압은 일반적으로 다이오드의 순방향 전압보다 훨씬 큽니다._에프상수로 간주됩니다. 수학적 모델은 부하 저항이 일반적으로 높거나 매우 낮을 때 실리콘 및 게르마늄 다이오드의 특성을 근사화하는 데 사용됩니다. 이러한 방법은 실제 문제를 해결하는 데 도움이됩니다. 이 기사에서는 다이오드 근사, 근사 유형, 문제 및 근사 다이오드 모델에 대해 설명합니다.

다이오드 란?

에 다이오드 양극과 음극이라는 두 개의 단자를 가진 단순한 반도체입니다. 한 방향 (정방향)으로 전류가 흐르도록하고 반대 방향 (역방향)으로 전류 흐름을 제한합니다. 순방향 바이어스시 저항이 낮거나 0이고 역방향 바이어스시 저항이 높거나 무한합니다. 단자 양극은 양극 리드를 나타내고 음극은 음극 리드를 나타냅니다. 대부분의 다이오드는 양극이 양의 전압으로 연결될 때 전류를 전도하거나 흐르게합니다. 다이오드는 다음에서 정류기로 사용됩니다. 전원 공급 장치.

반도체 다이오드

다이오드 근사 란 무엇입니까?

다이오드 근사는 실제 다이오드의 비선형 동작을 근사화하는 데 사용되는 수학적 방법입니다. 회로 분석. 다이오드 회로를 분석하는 데 사용되는 세 가지 근사치가 있습니다.

첫 번째 다이오드 근사

첫 번째 근사 방법에서 다이오드는 순방향 바이어스 다이오드로 간주되며 전압 강하가 0 인 폐쇄 스위치로 간주됩니다. 실제 상황에서는 사용하기 쉽지 않지만 정확성이 필요하지 않은 일반적인 근사치에만 사용됩니다.

첫 번째 근사

두 번째 다이오드 근사

두 번째 근사에서 다이오드는 a와 직렬로 연결된 순방향 바이어스 다이오드로 간주됩니다. 배터리 장치를 켭니다. 실리콘 다이오드를 켜려면 0.7V가 필요합니다. 0.7V 이상의 전압이 공급되어 순방향 바이어스 다이오드를 켭니다. 전압이 0.7V 미만이면 다이오드가 꺼집니다.

두 번째 근사

세 번째 다이오드 근사

다이오드의 세 번째 근사값에는 다이오드 양단의 전압과 벌크 저항 R 양단의 전압이 포함됩니다._비. 벌크 저항은 낮습니다 (예 : 1 옴 미만, 항상 10 옴 미만). 벌크 저항, R_비p 및 n 재료의 저항에 해당합니다. 이 저항은 주어진 시간에 다이오드를 통해 흐르는 전류와 포워딩 전압의 양에 따라 변경됩니다.

다이오드의 전압 강하는 공식을 사용하여 계산됩니다.

V_디= 0.7V + I_디*아르 자형_비

그리고 R_비<1/100 R_일또는 R_비<0.001 R_일, 우리는 그것을 무시합니다

세 번째 근사

솔루션의 다이오드 근사 문제

이제 솔루션을 사용한 다이오드 근사 문제의 두 가지 예를 살펴 보겠습니다.

1). 아래 회로를보고 다이오드의 두 번째 근사치를 사용하여 다이오드를 통해 흐르는 전류를 찾으십시오.

다이오드 근사 회로

나는_디= (V_에스- V_디) / R = (4-0.7) / 8 = 0.41A

2). 두 회로를 모두보고 다이오드의 세 번째 근사 방법을 사용하여 계산

세 번째 방법을 사용하는 회로

무화과 (a)

벌크 저항 0.2Ω과 함께 1kΩ 저항을 추가해도 전류 흐름에 차이가 없습니다.

나는_디= 9.3 / 1000.2 = 0.0093A

0.2Ω을 세지 않으면

나는_디= 9.3 / 1000 = 0.0093A

무화과 (b)

부하 저항이 5Ω 인 경우 0.2Ω의 벌크 저항을 무시하면 전류 흐름에 차이가 발생합니다.

따라서 벌크 저항을 고려해야하며 올바른 전류 값은 1.7885A입니다.

나는_디= 9.3 / 5.2 = 1.75885A

0.2Ω을 세지 않으면

나는_디= 9.3 / 5 = 1.86A

요약하면 부하 저항이 작은 경우 벌크 저항이 적용됩니다. 그러나 부하 저항이 매우 높으면 (수 킬로 옴 범위) 벌크 저항이 전류에 영향을 미치지 않습니다.

대략적인 다이오드 모델

다이오드 모델은 다이오드의 실제 동작을 근사화하는 데 사용되는 수학적 모델입니다. 다양한 기법을 사용하여 순방향 바이어스 방향으로 연결된 pn 접합의 모델링에 대해 논의 할 것입니다.

Shockley 다이오드 모델

에서 Shockley 다이오드 모델 방정식에서 pn 접합 다이오드의 다이오드 전류 I는 다이오드 전압 VD와 관련이 있습니다. VS> 0.5V 및 ID가 IS보다 훨씬 높다고 가정하면 다이오드의 VI 특성을 다음과 같이 나타냅니다.

나는_디= 나_에스(은^{VD / ηVT}– 1) —— (i)

와 Kirchhoff의 루프 방정식, 우리는 다음 방정식을 얻습니다

나는_디= (V_에스- V_디/ R) ———- (ii)

다이오드 매개 변수가 및 η가 알려진 반면 ID 및 IS는 알 수없는 수량이라고 가정합니다. 이는 그래픽 분석과 반복 분석의 두 가지 기술을 사용하여 찾을 수 있습니다.

반복적 분석

반복 분석 방법은 컴퓨터 또는 계산기를 사용하여 주어진 일련의 값에 대해 VS에 대한 다이오드 전압 VD를 찾는 데 사용됩니다. 방정식 (i)는 IS로 나누고 1을 더하여 재구성 할 수 있습니다.

이다^{VD / ηVT}= I / I_에스+1

방정식의 양쪽에 자연 로그를 적용하면 지수를 제거 할 수 있습니다. 방정식은

V_디/ ηV_티= ln (I / I_에스+1)

Kirchhoff의 법칙을 충족하고 방정식이 다음과 같이 감소하므로 (ii)에서 (i)를 대체합니다.

V_디/ ηV_티= (ln (V_에스-V_디) / RI_에스) +1

또는

V_디= ηV_티ln ((V_에스- V_디) / RI_에스+1)

Vs가 값으로 알려져 있으므로 VD를 추측 할 수 있고 값을 방정식의 오른쪽에 넣고 연속 연산을 수행하면 VD에 대한 새로운 값을 찾을 수 있습니다. VD가 발견되면 Kirchhoff의 법칙이 I를 찾는 데 사용됩니다.

그래픽 솔루션

I-V 곡선에 방정식 (i) 및 (ii)를 플로팅하여 두 그래프의 교차점에서 대략적인 그래픽 솔루션을 얻습니다. 그래프에서이 교차점은 방정식 (i) 및 (ii)를 충족합니다. 그래프의 직선은 부하 선을 나타내고 그래프의 곡선은 다이오드 특성 방정식을 나타냅니다.

작동 지점을 결정하는 그래픽 솔루션

조각 선형 모형

그래픽 솔루션 방법은 복합 회로의 경우 매우 복잡하므로 부분 선형 모델링으로 알려진 다이오드 모델링의 대체 접근 방식이 사용됩니다. 이 방법에서는 함수가 여러 선형 세그먼트로 나뉘어 다이오드 근사 특성 곡선으로 사용됩니다.

그래프는 두 세그먼트 조각 선형 모델을 사용하여 근사 된 실제 다이오드의 VI 곡선을 보여줍니다. 실제 다이오드는 이상적인 다이오드, 전압 소스 및 저항기 . Q- 포인트에서 다이오드 곡선에 그려진 접선과이 선의 기울기는 Q- 포인트에서 다이오드 저항의 역수와 같습니다.

부분 선형 근사

수학적으로 이상화 된 다이오드

수학적으로 이상적인 다이오드는 이상적인 다이오드를 나타냅니다. 이러한 유형의 이상적인 다이오드에서 흐름 다이오드가 역 바이어스 될 때 흐르는 것은 0과 같습니다. 이상적인 다이오드의 특징은 양의 전압이인가되고 전류 흐름이 무한하고 다이오드가 단락 회로처럼 동작 할 때 0V에서 전도하는 것입니다. 이상적인 다이오드의 특성 곡선이 표시됩니다.