1.4 Анализ схем с диодами при использовании вентильной характеристики.

При анализе рекомендуется действовать в следующей последовательности:

1. Классифицировать характер схемы и режим ее работы.

2. На первом шаге расчета все диоды заменяем короткозамкнутыми отрезками.

3. Рассчитать (или качественно проанализировать) полученную схему и определить направления токов через диоды. Если направление тока, полученное в результате анализа, совпадает с прямым током диода, то оставляем на месте короткое замыкание, если нет –заменяем диод участком с разрывом.

4. На втором шаге рассчитываем( анализируем) полученную схему и находим фактические токи и напряжения.

5. Если полярность источников может меняться, то повторяем п.п.2,3,4.

6. Если в схеме есть реактивные элементы, то на каждом шаге считаемся с необходимостью анализа переходного процесса в схеме.

Пример 1. Получить зависимость выходного напряжения от величины входного напряжения для схемы по рис.13.

Данная схема, рассматриваемая как четырехполюсник в режиме холостого хода, содержащая линейных и нелинейных резистивных элементы, может выполнять роль функционального преобразователя, то есть устройства , формирующего выходной сигнал (напряжение), связанный с входным сигналом (напряжением) функциональной зависимостью, вид которой и следует получить.

Рис.1.13 Схема функционального преобразователя

Анализ схемы сделаем в соответствии с предложенной выше последовательностью расчета:

1.Классификация схемы - это нелинейная резистивная цепь. Так как отсутствуют реактивные элементы, то будем считать, что режим в цепи устанавливается мгновенно, после подключения источника с напряжением .

2. Выбираем направления токов, заменяем диод «закороткой» и составляем расчетную модель (рис.1.14):

Рис.1.14 Расчетная модель на первом шаге

3. Проводим расчет, используя метод узловых потенциалов. Принимаем потенциал узла 1 равным нулю. Уравнение для узла 2 имеет вид:

3.1 или: . (1.4)

3.2 Ток диода, найдем по закону Ома: .Подставляя в последнее выражение, значение , проведя небольшие алгебраические преобразования, получим: (1.5)

3.3 Устанавливаем границы применимости выражения (1.5), полученного из предположения, что диод работает на участке «а» (рис.1.12) вольтамперной характеристики. Для этого, ток диода должен быть больше или равен нулю. Следовательно, необходимо чтобы: . или: (1.6) Пока напряжение меньше значения , диод будет закрыт.

3.4 Если напряжение меньше , то диод закрыт и расчетная модель примет вид, изображенный на рис.1.15.

Рис.1.15 Расчетная модель на втором шаге.

Сопротивления и соединены последовательно, следовательно: Выходное напряжение остается постоянным и равным: (1.7)

4. Если сменить полярность входного напряжения, то диод все время будет находиться в закрытом состоянии, и напряжение на выходе будет оставаться постоянным и равным .

Используя (1.6) и (1.7) строим функциональную зависимость (рис.1.17):

Рис.1.16 Функциональная зависимость для схемы по рис.1.13

Зависимость называют также передаточной характеристикой. Пусть входное напряжение представляет серию импульсов различной величины. Выходное напряжение при этом будет иметь вид показанный на рис.17.

Рис. 1.17 Обработка прямоугольных импульсов функциональным преобразователем

Совершенно очевидно, что входные импульсы с отрицательной амплитудой на выходе не появятся и напряжение .