Prof. Marco hirizzi marco.chirizzi@libero.it I modelli del diodo Nella tabella sotto riportata sono riportati i modelli circuitali del diodo maggiormente utilizzati nell analisi circuitale. Tali modelli, che vengono chiamati leari a tratti, sono dedotti dalla caratteristica ai morsetti del diodo. igura 1. Modelli circuitali del diodo. iascun modello consente di descrivere, con buona approssimazione, il funzionamento di un diodo reale, con precisione crescente passando dal primo modello ( modello ideale ) al quarto modello. Il modello ideale si limita a far cocidere il funzionamento del diodo con quello di un terruttore: durante la polarizzazione diretta, il componente viene considerato come un terruttore chiuso, mentre polarizzazione versa viene considerato come un terruttore aperto. Prima di iziare ad analizzare i circuiti con diodi, è necessario trodurre il concetto di caratteristica di trasferimento.
aratteristica di trasferimento Si defisce caratteristica di trasferimento il legame che si staura tra il segnale d gresso e quello di uscita del circuito. Tale caratteristica può essere espressa forma analitica oppure forma grafica. addrizzatore ad una semionda a figura 1 riporta lo schema elettrico del raddrizzatore ad una semionda. igura 2. Schema elettrico di un raddrizzatore ad una semionda. Nell analisi di un qualunque circuito con diodi, bisogna, prima di tutto, scegliere il modello del diodo, valutare il numero di circuiti equivalenti da analizzare per comprendere il funzionamento del circuito di partenza. Tale numero si determa come segue: n N = 2 n è il numero dei diodi che compaiono nel circuito di partenza. Nel caso del raddrizzatore ad una semionda, si ha N = 2 1 = 2 e qudi sono due i circuiti equivalenti che bisogna analizzare con il modello scelto. Se il circuito fosse composto da due diodi, bisognerebbe analizzare ben quattro circuiti equivalenti. Può capitare che la soluzione numerica di uno o più circuiti equivalenti non sia fisicamente possibile, per cui va scartata. analisi dei circuiti mediante i modelli del diodo può rivelarsi molto laboriosa se nel circuito vi sono più di tre diodi. In questi casi, si ricorre all utilizzo di software di simulazione. Nella maggior parte dei casi, l analisi di un circuito izia ricorrendo al modello ideale del diodo, quanto si può giungere alla soluzione tempi più immediati: è quello che solitamente si fa ambito didattico. Analizziamo il circuito di figura 1 ricorrendo al modello ideale. a figura 2 riporta i due circuiti equivalenti da analizzare per comprendere il prcipio di funzionamento del circuito di partenza.
igura 3. ircuiti equivalenti del raddrizzatore a semionda, relativi alle due situazioni funzionali del diodo, per il quale si è adottato il modello ideale Il primo circuito si riferisce al caso cui il diodo è polarizzato direttamente: è come se ci fosse un cortocircuito tra anodo e catodo. In defitiva, per > 0 il diodo conduce e nel circuito circola una corrente di tensità pari a. Inoltre possiamo scrivere: = Il secondo circuito si riferisce al caso di diodo polarizzato versamente. Tale condizione di funzionamento si verifica se < 0. Ne segue che: i = 0 = 0. I risultati ottenuti sono congruenti con le leggi di Kirchhoff, qudi fisicamente possibili. espressione analitica della caratteristica di trasferimento del circuito di partenza risulta: = per = 0 per > 0 < 0. a figura 3 riporta la caratteristica di trasferimento del circuito.
igura 3. aratteristica di trasferimento del raddrizzatore ad una semionda. Analizziamo il circuito con il modello 2. I circuiti equivalenti sono quelli riportati figura 4. igura 4. ircuiti equivalenti del raddrizzatore ad una semionda relativi alle due situazioni funzionali del diodo, per il quale si è adottato il secondo modello. Il primo circuito si riferisce al caso di diodo conduzione. Questo modello, più raffato di quello precedente, tiene conto del fatto che il diodo conduce per tensioni superiori alla tensione di soglia. Ne segue che: il diodo conduce per = > Il secondo circuito si riferisce al caso di diodo terdizione. In questo caso si ha:. il diodo non conduce 0 = 0. per < Anche questo caso, i risultati ottenuti sono congruenti con le leggi di Kirchoff e con il funzionamento del diodo. a caratteristica di trasferimento del circuito di partenza è riportata figura 5.
igura 5. aratteristica di trasferimento del raddrizzatore ad una semionda, secondo l'analisi con il modello 2. In base ai risultati ottenuti mediante l analisi con il modello 2, possiamo concludere dicendo che il diodo troduce una distorsione sul segnale di uscita. Analizziamo il circuito di partenza mediante il modello 3. I circuiti equivalenti sono riportati figura 6. igura 6. ircuiti equivalenti del raddrizzatore ad una semionda relativi alle due situazioni funzionali del diodo, per il quale si è adottato il terzo modello. Il primo circuito si riferisce al caso di diodo conduzione. on ragionamento analogo al quello condotto nei casi precedenti, si ricava che: il diodo conduce per + = > Il secondo circuito si riferisce al caso di diodo terdetto. Analizzando il circuito si ha: +
il diodo 0 non conduce = 0. per < E stato proposto agli studenti il compito di: a) tracciare la caratteristica di trasferimento per poi confrontarla con quelle precedenti b) descrivere la funzione svolta dal raddrizzatore ad una semionda. ircuito clippg ad un livello I circuiti clippg hanno la funzione di limitare l ampiezza del segnale di uscita ad un valore desiderato. o schema elettrico è riportato figura 7. igura 7. lippg a un livello.
Analisi con il modello ideale I circuiti equivalenti da considerare sono quelli di figura 8. Dal primo circuito equivalente si ottiene: igura 8. ircuiti equivalenti del clippg Analizzando il secondo circuito si ha: il diodo conduce per = >. il diodo 0 non conduce =. per < E stato proposto agli studenti il compito di: a) graficare la caratteristica di trasferimento del circuito di partenza b) tracciare l andamento temporale del segnale di uscita, corrispondenza di un segnale triangolare di gresso.
Analisi con il modello 3 I circuiti equivalenti sono riportati figura 9. igura 9. ircuiti equivalenti per il clippg per l'analisi con il modello 3. Dal circuito equivalente di figura si ricava: il diodo conduce per ( + ) + Esamando l altro circuito si deduce che: > + = + ( + ) + il diodo non conduce 0 =. per < +