Diodi. Parte 1. (versione del ) Diodo ideale

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1 Dd Parte 1 (ersne del ) Dd deale Il dd deale è un cmpnente la cu caratterstca è defnta a tratt nel md seguente 0 per 0 (plarzzazne nersa) 0 per 0 (plarzzazne dretta) Il dd deale s cmprta cme un crcut apert nella regne nersa ( d nterdzne) cme un crtcrcut nella regne dretta ( d cnduzne) Il termnale pst è dett and, l termnale negat è dett catd 2

2 Dd deale In cascuna regne l cmprtament è lneare, ma la caratterstca cmplessa è nn lneare Se l segnale applcat al dd è tale da mantenere l punt d funznament sempre all ntern d una sla regne l cmprtament è lneare Se l punt d funznament s spsta da una regne all altra l cmprtament è nn lneare 3 Dd a gunzne I dspst real aent un cmprtament che apprssma quell del dd deale sn chamant genercamente dd Attualmente l md pù cmune per realzzare un dd cnsste nell mpeg d una gunzne pn Per un dd a gunzne le relazn che legan la tensne e le crrente a termnal sn I S e / T 1 ln T 1 I S (Queste equazn algn al d fur della regne d breakdwn) 4

3 Cura caratterstca del dd a gunzne 5 Anals d crcut cn dd a gunzne L anals d crcut cn dd a gunzne rchede la rsluzne d equazn nn lnear Nrmalmente nn è pssble rslere le equazn n frma chusa La sluzne può essere determnata per a numerca, ne cas pù semplc, per a grafca Nel cas d crcut cmpless, è pssble ttenere sluzn accurate sl mpegand prgramm d smulazne crcutale Spess è suffcente una alutazne apprssmata della sluzne In quest cas s può rcrrere a mdell semplfcat del dd (per esemp lnear a tratt) 6

4 Esemp B 10 1k I S T 10fA 26 m Determnare la tensne e la crrente de dd 7 sluzne per a grafca Den essere sddsfatte le equazn I I D D I S B e D / D T 1 Il punt ( D, I D ), cè l punt d lar del dd, dee appartenere sa alla cura caratterstca del dd, sa alla caratterstca del bpl frmat dal generatre e dal resstre Quest ultma è rappresentata dalla retta d equazne B che è chamata retta d carc La retta d carc nterseca gl ass ne punt (0, B /) e ( B, 0) 8

5 sluzne per a grafca E pssble determnare per a grafca l punt d lar cercand l ntersezne della cura caratterstca del dd cn la retta d carc Caratterstca del dd I S e / T Punt d lar 1 etta d carc B 9 sluzne per a grafca ma Crrente (ma) Tensne () 10

6 sluzne medante smulazne A 1 1k B 10 B D1 D --- Operatng Pnt --- (b): ltage (a): 10 ltage I(D1): dece_current I(1): dece_current I(b): dece_current.p 11 Mdell a sgla cn resstenza sere L anals d crcut a dd può essere ntelmente semplfcata utlzzand mdell lnear a tratt Per esemp s può apprssmare la caratterstca del dd cn due semrette (una delle qual è rzzntale) nel md seguente 0 D per per Queste equazn pssn essere nterpretate medante un crcut equalente frmat da un dd deale, un resstre D e un generatre cllegat n sere I alr d e D dpendn dall nterall d alr della crrente che nteressa cnsderare (alr tpc: , D ) 12

7 Mdell a sgla e mdell a dd deale Se s può rtenere che, quand l dd è n cnduzne, la sua tensne sa pratcamente cstante è pssble mettere la resstenza D In queste cndzn le equazn s rducn a 0 per per 0 Il mdell csì ttenut è dett a sgla Anche n quest cas alr tpc d sn d In alcune applcazn alr delle tensn n gc pssn essere tal per cu è trascurable In quest cas è pssble elmnare l generatre e rappresentare l dd cme deale 13 Caratterstche defnte a tratt I mdell semplfcat del dd llustrat nelle dapste precedent hann caratterstche defnte a tratt In generale n un mdell defnt a tratt s hann pù regn d funznament n cascuna delle qual l dspst è descrtt da equazn derse a cascuna delle regn d funznament sn asscate delle cndzn d aldtà che le tensn e le crrent den sddsfare affnché l dspst pssa funznare n quella regne In cascuna delle regn d funznament l dspst può essere rappresentat medante un crcut equalente ders 14

8 Dd deale egne d cnduzne Equazne caratterstca: 0 Cndzne d aldtà: > 0 egne d nterdzne Equazne caratterstca: 0 Cndzne d aldtà: < 0 15 Mdell a sgla egne d cnduzne Equazne caratterstca: Cndzne d aldtà: > 0 egne d nterdzne Equazne caratterstca: 0 Cndzne d aldtà: < 16

9 Mdell a sgla cn resstenza sere egne d cnduzne Equazne caratterstca: D Cndzne d aldtà: > 0 egne d nterdzne Equazne caratterstca: 0 Cndzne d aldtà: < 17 Anals d crcut a dd cn mdell semplfcat In generale, per analzzare un crcut cn dspst aent caratterstche defnte a tratt ccrre studare crcut equalent relat alle are regn d funznament erfcare se le cndzn d aldtà sn sddsfatte, cè se le sluzn sn accettabl Se l crcut cntene pù dd s drebber cnsderare tutte le pssbl cmbnazn d crcut equalent In pratca, spess è pssble rcnscere a prr che alcune cmbnazn nn sn accettabl e qund den essere escluse D slt è pssble frmulare un ptes nzale sull stat de dd e prcedere per crrezn successe fnché tutte le cndzn d aldtà sn sddsfatte 18

10 Esemp G1 G2 1k 3k 2 k 6 k 6 12 Utlzzand l mdell a sgla, cn = 0.6, determnare la caratterstca ngress-uscta del crcut rappresentat n fgura 19 Esemp 1 - D 1 e D 2 nterdett In queste cndzn l crcut può essere rappresentat cme segue D1 D2 4 3 G1 G Cndzn d aldtà D1 D Entrambe le cndzn sn sddsfatte per >

11 Esemp 2 - D 1 n cnduzne D 2 nterdett Il crcut può essere rappresentat nel md seguente Cndzn d aldtà D1 D1 D Le cndzn nn pssn essere sddsfatte cntempraneamente Il crcut nn può ma trars n quest stat D2 G1 1 G1 G Esemp 3 - D 1 nterdett D 2 n cnduzne Il crcut può essere rappresentat nel md seguente Cndzn d aldtà 3.2 D1 D Entrambe le cndzn sn sddsfatte per 3.2 < < 15.2 D1 D2 G 2 2 G1 G

12 Esemp 4 - D 1 e D 2 n cnduzne Il crcut può essere rappresentat nel md seguente Cndzn d aldtà D1 D Entrambe le cndzn sn sddsfatte per < 3.2 D2 D2 G1 G G1 G Esemp Caratterstca ngress-uscta

13 Esemp Determnazne della caratterstca ngress-uscta medante smulatre 15 (ut) G1 1 2 G k D1 3k D D D Out 9 n 2k k 7 6.dc n addrzzatre a sngla semnda Una delle applcazn fndamental del dd è l crcut raddrzzatre, che permette d ttenere una tensne undreznale a partre da una tensne alternata Utlzzand l mdell a sgla s ttene che per l dd è nterdett, qund 0 per l dd è n cnduzne, qund 26

14 addrzzatre a sngla semnda Se l ngress è snusdale l dd cnduce durante le semnde pste e rmane nterdett durante le semnde negate 27 addrzzatre a dppa semnda I raddrzzatr a dppa semnda ( ad nda ntera) cnsentn d utlzzare entrambe le semnde della tensne alterata n ngress Utlzzand un trasfrmatre cn presa centrale, che frnsce due tensn ugual e cn plartà ppste, s può realzzare un raddrzzatre a dppa semnda abbnand due raddrzzatr a sngla semnda > < D 1 n cnduzne D 2 nterdett D 1 nterdett D 2 n cnduzne 28

15 addrzzatre a dppa semnda Se la tensne n ngress è snusdale, D 1 cnduce durante le semnde pste, D 2 durante le semnde negate (per < entramb dd sn nterdett) 29 addrzzatre a pnte Un altr crcut utlzzat cmunemente per realzzare un raddrzzatre a dppa semnda è l seguente (dett anche pnte d Graetz) Durante cascuna semnda, per > 2, una delle cpe d dd D 1 -D 3 D 2 -D 4 è n cnduzne mentre l altra è nterdetta 30

16 addrzzatre a pnte Per > 2 dd D 1 e D 3 sn n cnduzne mentre D 2 e D 4 sn nterdett Infatt s ha: D1 D3 2 Inltre n queste cndzn rsulta Qund la tensne d uscta è 0 2 D1 D3 D2 D addrzzatre a pnte In md analg s può erfcare che < 2 dd D 2 e D 4 sn n cnduzne mentre D 1 e D 3 sn nterdett Infatt n queste cndzn s ha: 2 D2 D4 2 D2 D4 0 D1 D3 Qund la tensne d uscta è 2 0 Per < 2 dd sn tutt nterdett e qund la tensne è nulla 32

17 33 addrzzatre a pnte Se la tensne n ngress è snusdale, l andament della tensne d uscta è l seguente 34 Lmtatr Se supera l alre + l dd entra n cnduzne, mpedend a d superare l alre + d d 0 per per

18 35 Lmtatr Se s nertn termnal del dd, quest entra n cnduzne quand la tensne d ngress scende al d stt d, qund la tensne d uscta ene lmtata nferrmente d d 0 per per 36 Lmtatr Cmbnand crcut precedent è pssble lmtare l escursne della tensne n uscta sa nferrmente sa superrmente 2 1

19 Prta O S rappresenta l lell lgc 0 cn una tensne d 0 e l lell 1 cn una tensne psta Se entramb gl ngress sn a lell 0 dd sn nterdett e qund l uscta è a 0 Se un degl ngress è a lell 1, l dd crrspndente a n cnduzne prtand l uscta a 1 Il crcut realzza la funzne O Prta AND Se entramb gl ngress sn a lell 1 dd sn nterdett, qund l uscta è a lell 1 Se un degl ngress è a lell 0, l dd crrspndente a n cnduzne prtand l uscta è a lell 0 Il crcut realzza la funzne AND

20 elatre d pcc S applca all ngress del crcut una tensne snusdale S assume che l cndensatre nzalmente sa scarc Inltre, per semplctà, s assume che l dd sa deale Inzalmente l dd è n cnduzne e, qund l cndensatre s carca fn a quand raggunge l alre d pcc M Successamente l cndensatre nn può scarcars, perché quest rchederebbe che la crrente D densse negata Negl stant success la tensne d uscta rmane cstante al alre M e qund l dd rmane nterdett 39 addrzzatre cn capactà d fltr In presenza d una resstenza d carc, quand l dd a n nterdzne l cndensatre s scarca attraers Il dd può entrare n cnduzne quand la tensne d ngress supera la tensne d uscta Quand l dd è n cnduzne e l cndensatre s carca Quand raggunge l alre M l dd passa n nterdzne e l cndensatre s scarca Qund l andament d a partre dal alre massm è dat da ( t) M e t / C S assume che alr d e C san dmensnat n md che la cstante d temp sa mlt grande rspett al perd T della tensne d ngress 40

21 addrzzatre cn capactà d fltr Qund s può assumere che La arazne della tensne d uscta sa mlt pccla nell nterall n cu l dd è nterdett Il dd cnduca per nterall d temp mlt bre rspett a T 41 addrzzatre cn capactà d fltr In queste cndzn La durata dell nterall n cu l cndensatre s scarca s può cnsderare crca uguale a T L andament d (t) n quest nterall può essere rappresentat medante la relazne apprssmata t / C ( t) e 1 M M t C Qund l ampezza r dell scllazne d (detta anche rpple) ale T MT r M M 1 C C 42

22 addrzzatre cn capactà d fltr In md analg è pssble trattare l cas d un raddrzzatre a dppa semnda cn cndensatre d fltr In quest cas l nterall d temp tra due stant n cu (t) M è par a T/2 qund, a partà d cndzn, l rpple è par alla metà d quell del raddrzzatre a sngla semnda r MT 2C 43 Clamper S assume che l cndensatre nzalmente sa scarc che l dd pssa essere cnsderat deale S applca una tensne d ngress (t) snusdale d ampezza M Inzalmente l dd a n cnduzne e l cndensatre s carca fnché la sua tensne raggunge l alre M In segut l cndensatre rmane carc cn tensne M e l dd è sempre nterdett Qund s ha ( t) ( t ) M 44

23 Clamper Se s nerte la plartà del dd la tensne d uscta del clamper dene t) ( t) ( M 45 Duplcatre d tensne Il alre massm della tensne d uscta del clamper rappresentat nella dapsta precedente è 2 M Se s cllega un relatre d pcc all uscta del clamper s ttene un duplcatre d tensne, che frnsce n uscta una tensne cstante par al dpp dell ampezza della tensne d ngress t) 2 ( M 46

24 Duplcatre d tensne Inzalmente s ha un transtr durante l quale C 1 s carca attraers D 1 e s scarca attraers D 2 C 2 s carca prgressamente attraers D 2 ma nn s può scarcare In quest md s raggunge una cndzne d regme n cu le tensn d C 1 e C 2 sn, rspettamente, M e 2 M e due dd sn sempre nterdett Qund le tensn a regme sn ( t) M C1 M cs( t) D 1 t) M cs( t) ( D 2 t) M cs( t) ( C2 2 M M M 47 Mltplcatr d tensne A termnal del dd D 2 del crcut precedente s ha una tensne che ara tra 0 e 2 M Se questa tensne ene applcata ad un secnd stad frmat da un clamper e un relatre d pcc, s ttene n uscta una tensne cstante par a 4 M 48

25 Mltplcatr d tensne Cllegand n cascata pù celle dentche, csttute da un clamper e un relatre d pcc, è pssble ttenere n uscta tensn cstant cn alr crrspndent a multpl par dell ampezza della tensne d ngress 49