Рабочий режим

Впрактических схемах в цепь диода включается какая-либо нагрузка, например резистор (рис. 3.6, а). В условном графическом обозначении (схематическом изображении) полупроводникового диода треугольник является анодом, черточка — катодом. Прямой ток проходит тогда, когда анод имеет положительный потенциал относительно катода. Следовательно, треугольник нужно рассматривать как острие стрелки, показывающей условное направление прямого тока. Именно в этом направлении при прямом токе движутся дырки, электроны же движутся в противоположном направлении.

Режим диода с нагрузкой называют рабочим режимом. Если бы диод обладал линейным сопротивлением, то расчет тока в подобной схеме не представлял бы затруднений, так как общее сопротивление цепи равно сумме сопротивления диода постоянному току R_o и сопротивления нагрузочного резистора R_H. Но диод обладает нелинейным сопротивлением, и значение R_o у него изменяется при изменении тока. Поэтому расчет тока делают графически. Задача состоит в следующем: известны значения Е, R_H и характеристика диода, требуется определить ток в цепи и напряжение на диоде.

Характеристику диода следует рассматривать как график некоторого уравнения, связывающего величины i и и. А для сопротивления R_H подобным уравнением является закон Ома:

(3.9)

i = u_R/R_H = (E- u)/R_H.

Итак, имеются два уравнения с двумя неизвестными i и и, причем одно из уравнений дано графически. Для решения такой системы уравнений надо построить график второго уравнения и найти координаты точки пересечения двух графиков.

Уравнение для сопротивления R_H — это уравнение первой степени относительно i и и. Его графиком является прямая линия, называемая линией нагрузки. Проще всего она строится по двум точкам на осях координат. При i = 0 из уравнения (3.9) получаем: Е-и=0 или и = Е, что соответствует точке А на pиc. 3.6, б. А если и =0, то i = E/R_H. Откладываем этот ток на оси ординат (точка Б). Через точки А и Б проводим прямую, которая является линией нагрузки. Координаты точки Т дают решение поставленной задачи. Следует отметить, что все остальные точки прямой АБ не соответствуют каким-либо рабочим режимам диода.

Цепь с последовательно соединенными диодом и линейным нагрузочным резистором R_H является нелинейной. Характеристику такой цепи, называемую рабочей характеристикой диода, т. е. график зависимости i = f(E), можно получить суммированием напряжений для характеристик диода и нагрузочного резистора R_H (рис. 3.7). Характеристика резистора R_H выражает закон Ома i = = u_R/R_H и является прямой линией, проходящей через начало координат.

Для построения этой прямой на график наносится точка, соответствующая произвольному напряжению u_R и току u_R/R_H. Через эту точку и начало координат проводится прямая. В предыдущих построениях линия нагрузки не проходила через начало координат, потому что она выражала зависимость тока не от напряжения u_R, а от напряжения на диоде и.

Рабочую характеристику цепи i = = f(E) строим, складывая для нескольких значений тока i напряжения и и u_R, так как Е = и + u_R. Например, при токе 3 мА имеем: и = 0,4 В и u_R = 0,5 В. Суммируя эти напряжения, получаем Е = 0,9 В и соответствующую точку результирующей характеристики. Аналогично находим другие точки, и через них проводим плавную кривую.

Свойства последовательной цепи зависят главным образом от свойств участка цепи, имеющего большее сопротивление. Поэтому чем больше сопротивление R_H, тем меньше нелинейность результирующей характеристики. Следует отметить, что графический расчет рабочего режима диода можно не делать, если R_H >>R_o. В этом случае допустимо пренебречь сопротивлением диода и определять ток приближенно по формуле i ≈ E/R_H.

Рассмотренные методы расчета постоянного напряжения Е можно применить для амплитудных или мгновенных значений, если анодный источник дает переменное напряжение.

Дата добавления: 2014-01-14