3.6. Аппроксимация вах диода

Рассмотрим ВАХ реального диода (рис. 3.14). Ее можно разбить на прямые отрезки. Продолжим их до пересечения с осями координат (точки А', С', D' ). Так как области нелинейности меньше полученных отрезков, то ВАХ можно представить состоящей из отрезков D'Е, А'В и АС'. Назовем отрезок ОD' напряжением отсечки диода – . Тогда прямую ветвь можно описать уравнением . Напряжение называют также пороговым напряжением.

В соответствии с уравнением можно составить эквивалентную схему диода при прямом включении (рис. 3.15а). Сопротивление диода будет определяться как . Таким образом, при прямом включении диод рассматривается как источник эдс с сопротивлением . При вычислении по графику ВАХ следует учитывать масштаб тока и напряжения.

При обратном включении диода рассматривается отрезок АС'. В этом случае диод является источником обратного тока. Для кремниевых диодов это ток утечки (рис. 3.15б). Сопротивление диода равно .

В области пробоя (рис. 3.15в) на отрезке А'В сопротивление диода , а сам диод вновь рассматривается как источник эдс.

3.7. Работа диода с нагрузкой

3.7.1. Работа на постоянном токе

Наибольшее распространение получил графоаналитический метод пересечения характеристик, или метод опрокинутой характеристики. Метод используется в том случае, когда электрическая цепь может быть сведена к последовательному соединению элементов. Элементы могут быть разного типа: оба линейные; оба нелинейные; смешанные Элементы могут быть управляемыми и неуправляемыми в разных сочетаниях.

Метод основан на уравнении Кирхгофа для последовательной цепи с источником эдс. В общем виде по рис. 3.16 ; . Если известны ВАХ элементов, то на графике строят ВАХ одного элемента, а ВАХ второго зеркально отражают относительно оси тока (опрокидывают) и ее начало сдвигают по оси напряжений на величину Е.

Для нашей цепи пусть характеристики будут такие (рис. 3.17а). При этом любому значению аргумента (току) будут соответствовать напряжения на элементах и (см. ток ). По методу опрокинутой характеристики рисуем ВАХ (рис. 3.17б). При этом точка пересечения будет соответствовать общему току . Однозначно будут определяться и напряжения.

Пусть диод включен в цепь. Мы имеем один нелинейный элемент (диод), второй линейный – резистор. По Кирхгофу . Опрокинутая характеристика для резистора строится в режиме холостого хода и в режиме короткого замыкания . При этом, если , то ток в цепи равен 0 и мы получаем первую точку . При в цепи течет ток – вторая точка (В). Точка пересечения (А) дает ток и напряжения на элементах схемы. Прямая линия получила название нагрузочной прямой, а точка А – рабочей точки.

Из геометрических построений следует, что . Отрезки ОВ и ОЕ могут быть даны в соответствующих масштабах тока и напряжения (в системе СИ – Ампер, Вольт).

Графический метод хорошо иллюстрирует влияние источника питания и резистора. При изменении R меняется угол наклона нагрузочной прямой , при изменении Е происходит параллельный перенос линии нагрузки, а угол не меняется.

Эту задачу можно решить методом кусочно-линейной аппроксимации. Возьмем линейный участок на прямой ветви ВАХ (рис. 3.20). Для него на постоянном токе , а сопротивление диода равно . Тогда согласно Кирхгофу . При известных , R и Е можно найти , и ток I.