ELETTRONICA APPLICATA

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1 Università degli Studi di oma Tor ergata Dipartimento di ng. Elettronica corso di ELETTONCA APPLCATA ng. occo Giofrè Esercizi su semiconduttori e diodi /

2 CHAMO SU DOD Linearizzazione a tratti f D + Circuito equivalente i f i i Stato off i ٧ v f + Stato on Caratteristica linearizzata Esistono due possibili metodi di analisi: Metodo degli stati Si assume che ogni diodo presente nel circuito sia in uno stato preciso (ON o OFF) sostituendolo con il circuito equivalente relativo allo stato scelto. l circuito, reso lineare, è esaminato con le leggi di Kirchkoff verificando che siano corrette le assunzioni iniziali e ripetendo l analisi in caso di assunzione non corretta (es. corrente positiva in un diodo considerato OFF) Metodo degli scatti Si determinano i punti di scatto di ogni diodo nel circuito imponendo la condizione i d =A e v d =v ٧ ( nel caso ideale i d =A e v d = ). Nel piano della curva di trasferimento v =f(v i ) si riportano i punti di scatto così individuati e si uniscono con tratti di retta. lati estremi della caratteristica linearizzata si determinano calcolando la pendenza delle semirette per i punti di scatto estremi calcolate per v i << e v i >>. A cura dell ng.. Giofrè / 2

3 CHAMO SU DOD Linearizzazione a tratti (3) f D + f i Circuito Equivalente Tensione di soglia esistenza dinamica D i β α nterruttore deale esistenza nversa isultato arctg i arctg arctg f // i f A cura dell ng.. Giofrè / 3

4 ESECZO SU DOD (Metodo degli Stati) Dato il circuito di figura, ricavare la corrente = 5 2 = = k Ω 2 = 5 k Ω ٧ =.7 r D = Ω r i = MΩ D 2 2 D 2 Metodo degli stati Si assume che ogni diodo presente nel circuito sia in uno stato preciso (ON o OFF) sostituendolo con il circuito equivalente relativo allo stato scelto. l circuito, reso lineare, è esaminato con le leggi di Kirchkoff verificando che siano corrette le assunzioni iniziali e ripetendo l analisi in caso di assunzione non corretta (es. corrente positiva in un diodo considerato OFF) A cura dell ng.. Giofrè / 4

5 ESECZO SU DOD (Metodo degli Stati) potesi : D e D2 ON Devo sostituire i due diodi con due batterie di valore ٧ ٧ 2 v v 43. ma v v2 v 2 2 ma D 2 2mA OK D 57. ma NO ٧ 2 L ipotesi nonècorretta Lo stato del diodo D non è corretto, perchè la corrente che lo attraversa risulta negativa. nfatti avendolo supposto in polarizzazione diretta la sua corrente non può essere negativa. A cura dell ng.. Giofrè / 5

6 ESECZO SU DOD (Metodo degli Stati) potesi 2: D OFF e D2 ON Devo sostituire rispettivamente: il diodo D con una resistenza di valore r i e il diodo D2 con una batteria di valore ٧ D ٧ 2 2 ri r i è sicuramente trascurabile perchè molto elevata v v v ma D2 ON OK D 5 6 D OFF OK L ipotesi 2 è corretta A cura dell ng.. Giofrè / 6

7 ESECZO SU DOD (Metodo degli Scatti) Determinarelatranscaratteristicav (v in ) del seguente circuito Dati del problema = 5 o = kω Ω = Ω Z = -8 in ٧ =.7 r D = Ω r Z = Ω r i = Ω D Z D o Metodo degli scatti Si determinano i punti di scatto di ogni diodo nel circuito imponendo la condizione i d =A e v d =v ٧ ( nel caso ideale i d =A e v d = ). Nel piano della curva di trasferimento v =f(v i ) si riportano i punti di scatto così individuati e si uniscono con tratti di retta. lati estremi della caratteristica linearizzata si determinano calcolando la pendenza delle semirette, con origine nei punti di scatto estremi, per v i << e v i >>. A cura dell ng.. Giofrè / 7

8 Circuito equivalente di un diodo zener + AB _ + AB _ A γ B DZ A DZ Z B l circuito equivalente del diodo Zener si ottiene in tre semplici passaggi:. Due diodi ideali antiparalleli li 2. Un generatore di tensione ٧ in serie al diodo che ha la punta nello stesso verso del diodo zener e con il polo positivo verso il polo negativo del diodo (regione n) 3. Un generatore di tensione z in serie al diodo che ha la punta nel verso opposto del diodo zener e con il polo positivo verso il polo negativo del diodo (praticamente il ramo superiore invertito) Perchè?. Lo zener conduce come un diodo "normale" quando AB > ٧ (ramo sup.) 2. Si comporta come un diodo nel verso opposto quando AB <- Z (ramo inf.) A cura dell ng.. Giofrè / 8

9 Circuito equivalente di un diodo zener + AB _ + AB _ A γ B DZ A DZ Z Nella regione 3 e quindi per AB > ٧ lo zener si comporta come una batteria di valore ٧ Nella regione 2 e quindi per Z -< AB < ٧ lo zener si comporta come una resistenza di valore infinito Nella regione e quindi per AB <- Z lo zener si comporta come una batteria di valore - Z - Z DZ B - AB ٧ AB 2 - DZ 3 A cura dell ng.. Giofrè / 9

10 ESECZO SU DOD (Metodo degli Scatti) Quindi l circuito it diventa: in DZ γ D Z D o Dal circuito si evince che = * o attenzione: la condizione di "SCATTO" è la SMULTANEA " D = ٧ e D = A" appresentazione dei punti di scatto dei diodi nel piano ( in, ) v in-s3 v v in-s2 v in-s v in A cura dell ng.. Giofrè /

11 ESECZO SU DOD (Metodo degli Scatti) Per in >> entrambi i diodi sono in conduzione diretta è = + ٧ in DZ γ v v -S v v D Z D perchè D = A valida fino a quando in > in-s come calcolo in-s??? o v in-s v in Al punto di scatto si ha D=A e quindi si può scrivere: v v in v vin v v v v S vin v ins v v in A cura dell ng.. Giofrè /

12 ESECZO SU DOD (Metodo degli Scatti) Per in < in-s il diodo zener è in pol. dir. mentre il diodo di uscita è interdetto in D Z γ v v in v in v o D Z D v -S vin v v v in-s2 v in-s v in Dalla quale si può determinare la pendenza della retta! per in-s2 < in < in-s il diodod zener è in conduzioned i diretta mentret il diodo di uscita è interdetto A DZ v S2 vin v v in S2 v A cura dell ng.. Giofrè / 2

13 ESECZO SU DOD (Metodo degli Scatti) S3: (cioè per in = Z ) il diodo zener scatta in pol. inv. mentre il diodo di uscita è interdetto v γ in DZ v -S v in DZ Z A D Z D o v in-s3 v in-s2 v in-s v in v v S3 ins3 Z per in-s3 < in < in-s2 tutte e due i diodi sono interdetti DZ =A v v in DZ Z < DZ < ٧ v v in DZ A Z v Z v ٧ Z A cura dell ng.. Giofrè / 3

14 ESECZO SU DOD (Metodo degli Scatti) Per in << lo zener è in conduzione inversa (la tensione ai suoi capi è Z =- 8), e il diodo in uscita è interdetto v in DZ γ v in-s3 v -S3 D Z Z D in Z v v o Transcaratteristica globale v in v v in Z v -S v v v in Z v in-s3 v in-s2 v in-s v in A cura dell ng.. Giofrè / 4

15 Sollecitazione al circuito Disegnare l andamento della tensione d uscita quando in ingresso al circuito viene posta una sinusoide v v -S v in-s3 v in-s2 v in-s v in t in t A cura dell ng.. Giofrè / 5

16 CCUTO A DOD Si disegni la transcaratteristica o =f( ) del circuito di figura indicando chiaramente i punti di scatto e le pendenze dei vari tratti giustificando la risposta. Si considerino i diodi ideali. + C 3 Dati: C = 5 + =2mA D o =kω 2 = 2 kω + 3 =2kΩ. i ipetere l esercizio sostituendo il diodo D 2 con un diodo zener con Z =-7 2 D 2 A cura dell ng.. Giofrè / 6

17 CCUTO A DOD Osservando il circuito, si può supporre che, per valori sufficientemente positivi della tensione in, entrambi i diodi siano interdetti. Conviene allora iniziare l analisi ipotizzando che: + D C e D 2 siano entrambi OFF l circuito da studiare si può semplificare come: o C 3549 Questa situazione si mantiene finché la tensione ai capi dei diodi rimane negativa. La tensione ai capi di D 2 (con le usuali convenzioni di segno) è pari a o e quindi è effettivamente negativa. La tensione ai capi di D invece risulta pari a: 2 D A B AB o i 2 Quindi il diodo D scatterà quando: 2 AB o i 2 2 i + i 3 2 i ind A cura dell ng.. Giofrè / 7 A B o +

18 CCUTO A DOD La pendenza della retta che unisce i punti in-d e in-d2 vale.5 v i i 444. in D2 5. v in-d2 v in-d v in Questa situazione, DONeD2OFFsi mantiene per tensioni d ingresso comprese tra in-d2 < in < in-d Per in < in-d2 si nota come la tensione d uscita resti fissa a zero volt perché il diodo D 2 entrando in conduzione diretta cortocircuita l uscita. Nel caso in cui il diodo D 2 fosse sostituito con un diodo zener l unica differenza si avrebbe quando D 2 è in polarizzazione inversa in quanto lo zener forzerebbe il valore della tensione d uscita a Z e non a o = C + 3 o cosa che si verificherà per una in diversa da in-d determinata t precedentemente t v in-d2 v v in-d Con D 2 diodo zener v in A cura dell ng.. Giofrè / 8