معرفی دیودها: دیود به عنوان ساده ترین اختراع غیرخطی می باشد که این متن در مورد آن شرح داده است. این عنصر دارای تنوع بسیار بوده و اکثر به یک صورت مورد استفاده قرار میگیرد یا به بیانی دیگر د رتمامی شاخه های صنعت الکترونیک کاربرد دارد.
از انواع آن میتوان به دیود خلا دیود گاز، دیودهای یک سو ساز فلزی، دیود های نیمه هادی و دیودهای تونل و ... اشاره کرد. به دیود نیمه هادی ارجعیت بیشتری می دهیم چرا که تئوری مربوط به ساخت این نوع خاص از انواع دیود مرتبط وصادق برای انواع دیگر است.
2-مشخصات مداری دیود در این بخش اموزش داده خواهد شد.
در ضمن تکنیکهای تصویری مورد تاکیدی باشند چرا که تصویر قابل رویتی از عملکرد مدار را نمایش می دهند و اطلاعاتی را عرضه می کنند که نمی توان صرفا از رفتار چیزی معمار آنها را بدست آورد.
این تکنیکهای تصویری شامل رفتار خط بار ac,dc می باشند که فراهم آورنده ی سیگنال کوچک و سیگنال بزرگ است. اگر چه این روشها معمولا در تحلیل مدارات دیودی استفاده نمی شوند اما آنها را برای قوی ومحکم ساختن مجموعه آثار ومنابع دانشجویان در این بخش معرفی کرده ایم.
وقتی ترازیستورها پیچیده می باشند مشکلات دیگر مواجه شده بسیار راحتتر خواهند بود وقتی که آنها را با دیود شبیه سازی کنیم.
1-2-خاصیت غیرخطی-دیوید ایده آل
داتشجویان معمولا تحصیل خود را با در نظر گرفتن نمونه های خطی مدار آغاز می کنند که ساده ترین آنها مقاومت می باشد. رابطه ی ولت-آمپر یعنی همان مشخصه ی vi یک مقاومت با مافوق ساده هم توضیح داده شده است که ما گاهی اوقات تفسیر نموداری آن را بررسی نمی کنیم. مشخصه ی خطی ترازیستور در شکل 1-1-2 مشخص است و مشخصه ی غیرخطی دیوید هم در اینجا به وضوح وجود دارد. وقتی ولتاژ منبع مثبت باشد جریان id هم مثبت خواهد بود.
ودیود اتصال کوتاه است و زمانی که vi منفی باشد وجریان دیوید id صفر خواهد بود و دیود اتصال باز خواهد بود می توان دیوید را به عنوان یک کلید تصور کرد که با جهت ولتاژ قابل کنترل خواهد بود. این کلید به ازای ولتاژهای مثبت بسته خواهد بود و به ازای ولتاژهای منفی کلید باز است.
3-راه دیگر برای بررسی این المان توجه به جهت هدایت جریان آن است که فقط از قطب P به قطب n است(شکل 2-1-2-) و این هدایت زمانی وقوع پیدا می کند که ولتاژ منبع مثبت باشد وزمانی که ولتاژ منبع منفی باشد دیوید هدایتی نخواهد داشت.
4-محدودیت دیودهای واقعی که دارای مشخصه های ذاتی می باشند باعث تفاوت آنها از دیودهای ایده آل شده است. این موضوعات در بخشهای اینده مورد بررسی قرار خواهند گرفت و در مبحث فعلی دیودها ایده آل تصور می شوند.
مثالهای پایین در مورد بوجود آوردن بعضی اعمال بر روی سیگنال که با دیود میسر است خواهد بود.
مثال 1-1-2: یکسو کننده نیم موج یا قطع کننده مدار
یکی از کاربردهای مهم دیود در بوجود آوردن ولتاژ dc از و لتاژ Ac منبع است و این فرایند را یکسو کنندگی می نامیم. یکی از عوامل مهم در یکسو کنندگی سیگنالهای با فرکانسهایی است که از چند گانه سارنی منبع بدست می اید.
یک معاد نمونه برای یکسو سازنیم موج در شکل 3-1-2 آورده شده است.
(الف) ولتاژ منبع سینوسی می باشد شکل موج ولتاژ با را بدست آورید ورسم کنید. میانگین dc آن را بدست آورید.
(ب) قسمت الف را تکرار کنید اگر باشد.
جواب (الف) قانون ولتاژ کیوشهف (kvl) برای مدار3-1-2 عملی خواهد بود
این معادله دارای دو بخش ناشناخته ی id,VD می باشد آنها بستگی به مشخصه ی Vi دیود دارند.
بنابراین راه حل برای iD یا VD نیاز به جانشین سازی منحنی Vi در معادله دارد.
و این به شکل زیر ممکن خواهد بود. منحنی مشخصه ی دیود بیان می کند که فقط جریان مثبت در مدار جاری خواهد شد. به این معنی که می باشد. اگر چه زمانی که دیود در حال هدایت است می باشد بنابراین جریان در مسیر مثبت جاری می شود تنها زمانی که باشد.
5-زمانی که Vi منفی باشد جهت جریان باید بر خلاف جهت مبنا باشد ولی دیود در این جهت نمی تواند هدایت کند بنابراین iD=o خواهد بود زمانی که باشد.
شکل 3-1-20
یکسوسازیم موج برای مثال 1-1-20
(شکل و فرمولها در فایل اصلی موجود است)
شکل 4-201
عمل هدایت وعدم هدایت دیود یکسو ساز
(ب) (الف)
6-این مبحث را میتوان خلاصه کرد و باترسیم دو مداره یکی برای ورودی های بزرگتر از صفر و دیگری برای ورودی های کوچکتر از صفر همان طور که در شکل 4-201 نشان داده شده است.
با استفاده ا زمداراتی که در شکل نشان داده شده است ناشناخته های بدست خواهند آمد بنابراین جریان دیود برابر خواهد بود با:
و ولتاژ ، VL برابر خواهد بود با
7-ولتاژ بار VL و ولتاژ سیگنال Vi در شکل 5-201 رسم شده اند.
توجه کنید که شکل موج جریان هم فاز و هم شکل با شکل موج ولتاژ بار VL است.
این یک یکسو ساز نیم موج سینوسی است و ولتاژ میانگین آن از تقسیم کردن سطح کل سیگنال بر 216 بدست می آید.
(شکل و فرمولها در فایل اصلی موجود است)
شکل 5-201
شکل موج در مدار یکسو ساز مربوط به مثال 1-201
شکل 6-201
فیلترهایی با تغذیه ی مثبت
بسط سری فوریه برای VL(+) بیان می دارد که :
رابطه ی (2-201)
8-این عبارت به وضوح بیان میدارد که تاثیر دیوید فقط برای بوجود آوردن سطح dc یا فرکانس برابر فرکانس و رودی نبوده اگر چه همچنین اصطلاح فرکانس هارمونیک در ولتاژ منبع وجود ندارد.
9-اگر مدار یک سطح ولتاژ dc بوجود آورد، مقدار متوسط سیگنال باید از هارمونیکها توسط فیلتر کردن Vl(+) جدات نهی و تفکیک شود.
این عمل معمولا توسط یک فیلتر غیرفعال انجام می شود همانطور که درشکل 6-201 مشاهده می کنید.
مدار شکل (6-201 الف) یک فیلتر پایین گذر RC ساده را نشان می دهد.
برای مثال اگر C,R را طوری تنظیم کنیم که شود واگر
باشد آنگاه دامنه ی ولتاژ خروجی در فرکانس now برابر است با با شرط
زمانی که VLn دامنه ی ولتاژ با دو فرکانس nw0 می باشد
(برای مثال )
اگر ا زجریان حلقه استفاده کنیم ولتاژ خروجی برابر خواهد بود با
بنابراین ولتاژ خروجی به ولتاژ ونوسان کوچک ولتاژ Vr بستگی دارد
زمانی که نسبت ولتاژ rms به ولتاژ ریپل سطح dc در نسبت تاثیر گذاری فیلتر در جداکردن ولتاژ dc ا زهارمونیکهای آن اندازه گیری می شود.
بنابراین ولتاژ ریپل rms تقریبا 01/0 ولتاژ dc خروجی خواهد بود.
10- فیلتر های پیچیده تر،مثل فیلترهای CLC,Lc که در شکل (6-201 ب) نشان داده شده اند ولتاژ ریپل کوچکتری را بوجود می آورند.
که با استفاده از روش ریاضی بالا میتوان آنها را هم حساب کرد.
محاسبه ی دقیق مدارات فیلترینک ویکسوسازها زمانی مقدور است که دیودها را واقعی در نظر بگیریم نه ایده‌آل که از حیطه ی بحث ما خارج است.
11) شکل موج Vi در شکل 7-201 رسم شده است.
در این حالت یک بایاس معکوس هم به سیگنال اضافه شده است.
شکل موج برای Vl زمانی قابل محاسبه است که در نظر داشته باشیم دیود تنها در حالتی که Vi مثبت باشد اجازه ی جاری شدن جریان را می دهد.
در زمان دقیق که در آنها جریان شروع به جاری شدن می کند و یا قطع می شود با قرار دادن بدست می آید بنابراین
مدار یکسو ساز با اضافه کردن شکل 7-201
ولتاژ به ولتاژ با یاس.(شکل و فرمولها در فایل اصلی موجود است)
از تناسب تابع کسینوس بنظر می اید که دیود هدایت را شروع می کند زمانی که باشد بنابراین ولتاژ برابر خواهد بود با و ولتاژ میانگین هم از همین طریق بدست می آید.