Расчет электрических цепей с полупроводниковыми диодами

На практике расчет сложных цепей с нелинейным элементом выполняется по методу Эквивалентного генератора, и в конце получается цепь, соответствующая схеме на рис. 45.

В практических схемах в цепь диода включается какая-либо нагрузка, например резистор (рис. 45 а). Прямой ток проходит тогда, когда анод имеет положительный потенциал относительно катода.

Режим диода с нагрузкой называют рабочим режимом. Если бы диод обладал линейным сопротивлением, то расчет тока в подобной схеме не представлял бы затруднений, так как общее сопротивление цепи равно сумме сопротивления диода постоянному току и сопротивления нагрузочного резистора . Но диод обладает нелинейным сопротивлением, и значение у него изменяется при изменении тока. Поэтому расчет тока делают графически. Задача состоит в следующем: известны значения Е, и характеристика диода, требуется определить ток в цепи I и напряжение на диоде Uд.

Рисунок 45

Построение нагрузочной прямой

Характеристику диода следует рассматривать как график некоторого уравнения, связывающего величины I_д и U_д. А для сопротивления R_н подобным уравнением является закон Ома для участка R_н:

Итак, имеются два уравнения с двумя неизвестными I и U, причем одно из уравнений дано графически (характеристика нелинейного элемента). Для решения такой системы уравнений надо построить график второго уравнения и найти координаты точки пересечения двух графиков. Для этого рассмотрим все режимы работы нелинейного элемента – от его короткого замыкания, когда его сопротивление равно нулю, до холостого хода, когда цепь разорвана, и ток равен нулю.

При I = 0 (холостой ход) из уравнения получаем: Е − U_д = 0 или U_д = Е, то есть напряжение на нелинейном элементе равно Е, что соответствует точке А (с координатами Е и 0) на рис. 45, б. А если U_д = 0, (короткое замыкание нелинейного элемента, то есть, ток через нелинейный элемент не проходит и не создаёт падение напряжения на нем), то I = E/R_н. откладываем этот ток на оси ординат (точка Б). через точки А и Б проводим прямую, которая называется нагрузочная прямая, так как охватывает все режимы работы нелинейного элемента. Координаты точки D (рабочая точка нелинейного элемента – диода) дают решение поставленной задачи (смотри рисунок 45,б).

Лекция 9

Аналоговые устройства электроники

Аналоговые устройства - это устройства, работающие в аналоговом режиме, то есть используют рабочие характеристики в виде аналитических функций. Рассмотрим работу некоторых таких устройств.