Polovodiov dioda Shockleyho rovnice I I 0expUUT1 teplotn

Polovodičová dioda Shockleyho rovnice: I = I 0[exp(U/UT)-1] teplotní napětí UT = k. T/e = 26 m. V při T = 300 K elementární náboj e = 1, 602 x 10 -19 C Boltzmannova konstanta k = 1, 318 x 10 -23 JK-1 saturační proud I 0

Příklad 1 Z VA charakteristik polovodičových diod D 1, D 2 a D 3 určete jejich saturační proudy I 01, I 02, I 03. Určete, které křivky v propustném směru odpovídají diodě D 1, D 2 a D 3.

Příklad 1 D 3 D 2 D 1 IS 1 = 1 E-12 IS 2 = 2 E-12 IS 3 = 5 E-12

Příklad 2 Z Shockleyho rovnice polovodičové diody odvoďte diferenciální vodivost a odpor diody v propustném směru (I 0 = 10 p. A). Určete dynamický odpor pro I = 0 m. A

Příklad 2 Diferenciální (dynamická) vodivost diody v pracovním bodě Z Shockleyho rovnice V počátku

rd(P) = ( U/ I)P = 54 m. V / 6 m. A = 9 I = 6 m. A Příklad 3 Určete z charakteristiky graficky určete dynamický odpor v pracovním bodě diody I = 3 m. A. U = 0, 774 - 0, 72 V = 0, 054 V

Aproximace polovodičové diody rd I U 0 rd = UZ U 0 rz UZ = rz U

Příklad 4 A Určete proudy a napětí. R = 1 k. D 1=D 2=D 3: U 0= 0, 7 V, rd= 0 , UZ= 15 V, rz= 0 , I 0= 0 A UN = 10 V U 1 U 2 U 3 I UN D 1 D 2 D 3 R UN < UZ I = 0 A U 3 = UN = 10 V UR = UD 1 = UD 2 = 0 V

Příklad 4 B Určete proudy a napětí. R = 1 k. D 1=D 2=D 3: U 0= 0, 7 V, rd= 0 , UZ= 15 V, rz= 0 , I 0= 0 A UN = 20 V U 1 U 2 U 3 I UN D 1 D 2 D 3 R UN > UZ U 3 = UZ = 15 V U 1 = U 2 = 0, 7 V UR = UN – UZ – 2*U 0 = 20 -15 -2*0. 7 = 3, 6 V I = UR/R = 3, 6/1 E 3 = 3, 6 m. A

Příklad 5 Určete proudy a napětí. UN = 4, 5 V, R = 1 k. D: I 0 = 1 E-12 A I UN I R I = (UN-UD)/R Ud D I = I 0*EXP(UD/UT] UN = I*R - UD UD = UT*ln(I/(I 0)

Příklad 5 I [m. A] UN/R I(P) P 7 pracovní bod 6 5 zatěžovací přímka 4 3 charakteristika diody 2 1 0 0 1 2 3 4 5 UN U(P) U [V] I = (UN-UD)/R UD = UT*ln(I/(I 0)

Příklad 6 A Určete přibližně proudy a napětí. UN = 12 V, R = 1 k. D 1: U 01= 0, 6 V, rd 1= 10 D 2: U 02= 0, 66 V, rd 2= 10 UN I I 1 R I 2 U 1 U 2 D 1 Protože prahové napětí diody D 2 je o 0, 6 V větší, poteče diodou D 1 10 x větší proud než diodou D 2. Napětí na obou diodách musí být stejné a je přibližně U 1 = U 2 = 0, 6 V. I = (UN-U 1)/R = (12 -0, 6)/1 m. A = 11, 4 m. A 11 m. A I 1 = 10 m. A, I 2 = 1 m. A D 2

Příklad 6 B Určete proudy a napětí. UN = 12 V, R = 1 k D 1: D 2: I 01 = 1 E-12 A I 02 = 1 E-13 A I UN I 1 R I 2 U 1 U 2 D 1 I = I 1+ I 2 = I 01*EXP(UD/UT]+I 02*EXP(UD/UT) I = (I 01+I 02)*EXP(UD/UT) UN = I*R + UD D 2

Příklad 6 B UN = 12 V, R = 1 k. D 1: D 2: I 01 = 1 E-12 A I 02 = 1 E-13 A I = (UN-UD)/R UD = UT*ln(I/(I 01+I 02) 1. Zvolíme UD = 0, 7 V 2. I = (12 -0, 7)/1 m. A = 11, 3 m. A 3. UD = 0, 026*ln(11, 3 E-3/(1 E-12+1 E-13)=0, 6 V 4. I = (12 -0, 6)/1 m. A = 11, 4 m. A 11 m. A I 1 = I 01*EXP(U/UT) = 1 E-12*EXP(0, 6/0, 026)= 10, 36 m. A I 2 = I 02*EXP(U/UT) = 1 E-13*EXP(0, 6/0, 026)= 1, 04 m. A

Příklad 7 - zadání D 1 = D 2: U 0 = 0, 7 V UN = 20 V R 1 = 3, 3 k , R 2 = 5, 6 k. U 2 I 3 D 2 I 1 D 1 5 K 6 R 2 I 2 U 1 3 K 3 UN R 1

Příklad 7 řešení UR 2 = UN - UD 1 - UD 2 D 1 = D 2: U 0 = 0, 7 V UN = 20 V R 1 = 3, 3 k , R 2 = 5, 6 k. I 2 = UR 2 / R 2 I 1 = UR 1 / R 1 I 3 = I 2 - I 1 0, 7 V U 2 0, 2 m. A I 3 18, 4 V 5 K 6 R 2 3, 3 m. A I 2 U 1 3 K 3 D 1 I 1 0, 7 V 20 V UN 3, 1 m. A D 2 R 1

Příklad 8 + UN D: U 0 = 0, 7 V UN = 15 V R 1 1 K 0 7 V R 1 = 1 k R 2 = 2, 2 k R 3 = 2, 2 k 0, 7 V 15 = 3, 2 IR 1 - 2, 2 ID IR 2 = 3, 7 m. A R 3 2 K 2 IR 1 = 7 m. A, ID = 3, 3 m. A R 2 2 K 2 14, 3 = IR 1 + 2, 2 ID 7, 3 V UN = R 1 IR 1 + UD+R 3 ID 15 V UN = R 1 IR 1 + R 2 (IR 1 -ID)

Un Příklad 9 – rozbor I 1 i 2 R 2 1 K 0 Uvst = I 1*R 1 + UD + ( I 1 + I 2 ) * R 3 Un = I 2*R 2 + UD + ( I 1 + I 2 ) * R 3 Uvýst R 3 1 K 0 Uvst UD 1 R 1 K 1 0

Příklad 9 - příklad výpočtu Un I 1 i 2 R 2 Příklad 8 Uvýst R 3 Uvst UD R 1

Příklad 9 Un R 2 Známe Un, R 1, R 2, R 3. Určete pro jaká Uvst je Uvýst = 0 V I 1 Řešení i 2 Příklad 8 R 1 Uvst = -(Un*R 1/R 2 - Ud*(1+R 1/R 2)) Uvýst R 3 Uvst <= Ud + I 1*R 1 Un = -I 1*R 2+Ud Uvst I 1 = - I 2 UD Id = I 3 = 0 m. A

Příklad 9 – příklad výpočtu Uvst = - (Un*R 1/R 2 - Ud*(1+R 1/R 2))

Příklad 10 Dioda jako řízený odpor Určete u 2 / u 1 Uvýst R 3 Uvst UD R 2 i 2 Un Rozbor

Příklad 10 Řešení 1. URČÍME SS PRACOVNÍ BOD Un R 2 i 2 Id = (Un – Ud) / (R 2 + R 3) I 1 Uvýst R 3 Uvst = UD R 1

Příklad 10 Řešení 2. Náhradní schéma pro určení zesílení UD uvýst R 3 uvst rd R 2 i 2 Un

Příklad 10 Řešení 2. Náhradní schéma pro určení zesílení rd = UT/Id uvýst = uvst * R 3 / ( rd + R 3) Uvýst R 3 Uvst rd uvýst = uvst * U 3 / (UT + U 3)

Stabilizační dioda princip stabilizace napětí Stabilizátor napětí naprázdno (bez zátěže) ID vstupní napětí U 1 R UD U 2 výstupní napětí U 2 ± ΔU 2 U 1 ± ΔU 1 čas

Stabilizátor napětí naprázdno (bez zátěže) ID R U 1 UD U 2 Grafické řešení U 1 ΔU 1 – ΔU 1 ΔU 2 – ΔU 2 UZ UD IDmin zatěžovací přímka U 1 = UD + R ID P’ pracovní bod P UD = UZ + rd ID charakteristika diody IDma x ID

Stabilizátor napětí se zátěží Vztah mezi výstupním a vstupním napětím , I R U 1 IZ ID UD U 2 RZ Vztah mezi zvlněním výstupního a vstupního napětí: , U 1 U Z + R rd U 2 = 1 1 1 + + rd R Z R pro rd << R 1*Rz

Stabilizátor napětí se zátěží I R U 1 , Napěťový činitel stabilizace: , pro rd << R 1*Rz IZ ID UD U 2 RZ

Příklad 11 Stabilizátor napětí U 1´= 30 V Rz´= 300 O rd = 4 O Uz´= 9, 5 V Uvýst = 20 V I I R U D U 1 U Z D 2 R Z 20 V 30 V U I D

Příklad 12 Stabilizátor napětí 132 m. A 54 O 1 U U D 1 V U = 2 300 R U D 125 m. A 30 V U 19 V 10 V I D 8 R 0 I R R Z Z 6, 6 m. A I 20 V U 1´= 30 V Rz´= 300 O rd = 4 O Uz´= 9, 5 V Uvýst = 20 V

Příklad 11 Stabilizátor napětí Uvst´= 50 +- 5 V R = 200 O rd = 0 O Uz = 7 V Idmin = 20 m. A Idmax = 200 m. A Uvýst = 20 V A) Idmax Rz = nekonečno Uvst = 55 V B) Id min Uvst = 45 V. . Ur, Ivýst, Rz I 1 R I I D U Z R Z Z