POLITECNICO DI MILANO

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Leo Boni
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1 POLTECNCO MLANO ELETTRONCA per ingegneria BOMECA prof. Alberto TOS

2 Sommario iodo Caratteristica -: non lineare Studio dei circuiti: Piccolo segnale: metodi grafici, On/Off o linearizzati resistenza equivalente PSE taroccato : linearizzazione della caratteristica alberto.tosi@polimi.it 2

corrente di segnale + a catodo emittente elettroni filamento

3 iodo, triodo e pentodo termoionico anodo di raccolta degli elettroni E campo elettrico griglia filamento anodo catodo corrente di segnale + a catodo emittente elettroni filamento incandescente fil + corrente di riscaldamento alberto.tosi@polimi.it 3

4 l diodo a giunzione Anodo P Anodo N Catodo Catodo alberto.tosi@polimi.it 4

5 Caratteristica - tensione-corrente breakdown inversa [ma] diretta 1 2 [] th = e 1 S th k T = q 25m a 300K alberto.tosi@polimi.it 5

6 Caratteristica - tensione-corrente l diodo è il primo componente non lineare alberto.tosi@polimi.it 6

7 Polarizzazione diretta l diodo si accende a circa 0.7 ipendenza dalla temperatura: -2m/ C +100%/10 C [ma] 3 2 T RT 1-1 corrente costante tensione costante alberto.tosi@polimi.it 7 []

8 A: modello ON/OFF l diodo lascia passare la corrente solo scorre in diretta (secondo il verso della freccia di anodo ) 3.3k 2k 9 corrente non permessa 2.5 corrente permessa 3.3k = 0 2k = 900µA 9 OFF = ON 0.7 = 2.5 alberto.tosi@polimi.it 8

9 A: modello ON/OFF l diodo agisce bruscamente come un interruttore ON modello diodo reale -2 OFF [] Eventualmente si conseidera la soglia di 0.7 modello [ma] ON diodo reale OFF [] alberto.tosi@polimi.it 9

10 Concetto di linearizzazione La curva - in realtà non è verticale bensì diventa sempre più ripida [ma] r retta tangente punto di lavoro d diodo reale d [] E possibile definire la resistenza di piccolo segnale : r d 1 1 = = = = ( ) th th d d d th th S e 1 S e d th alberto.tosi@polimi.it 10

11 Concetto di polarizzazione La polarizzazione porta il diodo, NON LNEARE, nel punto di lavoro (, ) punto di lavoro diodo reale alberto.tosi@polimi.it 11

12 Concetto di piccolo segnale A questo punto, ogni piccolo segnale farà spostare di poco il punto di lavoro, nell intorno di quello imposto dalla polarizzazione (, ). Si può considerare il nuovo sistema di riferimento di piccolo segnale ed il diodo si comporterà come una resistenza r LNEARE! d r retta tangente d diodo reale alberto.tosi@polimi.it 12

13 Concetto di piccolo segnale Studiare il piccolo segnale vuol dire METCARS che il diodo sia non lineare una volta che la polarizzazione lo ha portato nel punto di lavoro. a lì si studia solo la r lineare i=d r punto di lavoro v=d alberto.tosi@polimi.it 13

14 B: modello linearizzato Si include la pendenza finita della caratteristica modello [ma] diodo reale ON r d OFF [] Si può studiare ancora con retta di carico o, più semplicemente, applicando prima il modello On/Off e poi aggiungendo la resistenza di piccolo segnale alberto.tosi@polimi.it 14

15 C: modello completo di effetto Zener Se la tensione inversa supera Z, il diodo conduce bruscamente modello zener [ma] zener reale ON diretta + r Z ON zener r Z OFF [] Non è come la continua, poiché l effetto è diverso Si può ancora includere la resistenza di piccolo segnale alberto.tosi@polimi.it 15

16 Come studiare il diodo nei circuiti? l metodo preciso richiede la caratteristica - vera, ovvero l equazione analitica o il grafico quotato Ma si possono usare anche metodi approssimati più immediati 5mA 1k 2.2k 4.7k R eq = k E eq =16 alberto.tosi@polimi.it 16

17 1: metodo grafico punti di lavoro stabile stabile * instabile [ma] E eq =11.7mA R 10 eq punto di lavoro, =0.68 e =11.7mA 5 E eq [] alberto.tosi@polimi.it 17

18 2: metodo analitico punti di lavoro stabile stabile * instabile = E R S eq eq th = e 1 alberto.tosi@polimi.it 18

19 3: metodo ipotizzo On o Off e poi verifico Si suppone che il diodo conduca (in diretta o Zener) o meno, si risolve il circuito e poi si verifica se veramente la corrente scorre (nel verso corretto) o meno 1k 2.2k 5mA 4.7k iodo in diretta R eq = k E eq = 11.7 corrente diretta k 2.2k 20mA 4.7k iodo in inversa off R eq =1370 = 0 20mA R eq = k E eq = 9.7 corrente non permessa z + 1k 2.2k 4.7k 5 10k E eq = 18.3 corrente di breakdown + r Z z iodo in zener alberto.tosi@polimi.it 19

20 Sovrapposizione degli effetti NON è possibile Essendo il diodo un componente non lineare, NON si può applicare il PSE l metodo preciso è quello analitico o grafico [ma] 1k d 5 =5mA 1k 5 v s v s d [] alberto.tosi@polimi.it 20

21 Sovrapposizione degli effetti taroccata 5 1k d v s d= 5 1k + v 1k i d s i d Però si può fare una cosa furba: la polarizzazione vede il OO (con la sua caratteristica non lineare) il piccolo segnale invece vede solo la sua resistenza equivalente (lineare r ) 1k d 1k 1k i d 5 v s d 5 + v s r d i d alberto.tosi@polimi.it 21

22 Sovrapposizione degli effetti taroccata Approssimazione tanto migliore quanto più il segnale è piccolo! [ma] caratteristica LNEARZZATA r uscita LNEARZZATA di "piccolo segnale" [] uscita REALE distorta v s ingresso sinusoidale alberto.tosi@polimi.it 22

23 Esempio R 2.1 utilizzatore R 12 d out i d r d i out v out out r d d v d r d Circuito reale 2.1 Circuito linearizzato risultato dell'analisi linearizzata (approssimata) out 73m 2.0 esempio di risultato reale (non approssimato), ottenuto da simulazione i out 50mA 0 0 assenza di carico massimo carico Time, s carico variabile 3 4 alberto.tosi@polimi.it 23

24 Conclusioni l diodo è un componente NON lineare Nuovi metodi di studio dei circuiti Linearizzandolo, si semplificano molto i conti vediamo ora diversi CRCUT CON O alberto.tosi@polimi.it 24

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