Analisi esponenziale e lineare a tratti in circuiti a diodi a conduzione diretta

4 ore fa p Robert Keim Questo articolo è la continuazione di una breve serie di diodi a conduzione diretta. Se desideri recuperare il ritardo prima di proseguire, consulta il primo articolo sulla relazione esponenziale corrente-tensione e il secondo su due tecniche di analisi del circuito a diodi. Qui, discuteremo altre tre tecniche di analisi dei circuiti che è possibile utilizzare per caratterizzare i circuiti a diodi a conduzione diretta. Personalmente non ho mai usato questa tecnica, e mi sembra che la linearizzazione del comportamento di conduzione del diodo sia, nel complesso, non significativamente più accurata del più semplice modello a caduta di tensione costante spiegato nell'articolo precedente. Tuttavia, se sei interessato principalmente a catturare il comportamento del diodo nella regione di transizione tra non conduzione e conduzione completa, potresti voler considerare l'approccio lineare a tratti, poiché ti dà una maggiore capacità di approssimare il vero comportamento esponenziale del diodo. Inoltre, il modello lineare a tratti sostituisce il diodo con componenti compatibili con le procedure standard di analisi dei circuiti che conosciamo così bene, e di conseguenza è più versatile e semplice rispetto alle tecniche che incorporano il modello esponenziale. La versione schematica del modello lineare a tratti è mostrata nel diagramma seguente. Come puoi vedere, abbiamo una batteria, proprio come nel modello a caduta di tensione costante, ma abbiamo aggiunto un resistore. Lo scopo della batteria è lo stesso: aggiunge un offset che corrisponde a una soglia di conduzione e crea una caduta di tensione. Quando il diodo è in uno stato conduttivo, il resistore crea una relazione lineare tra tensione diretta e corrente diretta. Il diagramma seguente riporta la differenza tra il modello esponenziale, il modello lineare a tratti e il modello a caduta di tensione costante. Puoi regolare il punto in cui la curva si allontana dall'asse orizzontale modificando la tensione assegnata alla batteria e la pendenza della linea (nello stato di conduzione) è uguale al reciproco del valore di resistenza del modello. Se si conoscono le caratteristiche specifiche corrente-tensione del diodo che si desidera includere nel proprio circuito, è possibile regolare questi due parametri del modello nel tentativo di rendere la rappresentazione lineare a tratti il ​​più coerente possibile con l'effettivo comportamento del diodo. Come spiegato nel primo articolo di questa serie, la relazione I – V di un diodo viene accuratamente catturata dal modello esponenziale. Pertanto, se vogliamo risultati di altissima precisione, dobbiamo in qualche modo combinare le caratteristiche matematiche del modello esponenziale con le tecniche di analisi che applichiamo ad altre parti di un circuito. Ciò può (in teoria) essere eseguito graficamente o mediante calcoli. Combinando un grafico della caratteristica I – V di un determinato diodo con una linea di carico, possiamo trovare il punto operativo di un circuito. Lo schema seguente mostra un semplice circuito a diodi e la corrispondente analisi grafica. Se non sei sicuro di cosa sia una linea di carico, ti consigliamo di dare un'occhiata alla frequente domanda di ingegneria di AAC (FEC) intitolata Come viene utilizzata una linea di carico nella progettazione di circuiti? E in effetti, non spenderò altro tempo su questo argomento, per due motivi: in primo luogo, tutte le informazioni essenziali sono incluse in tale FEC. In secondo luogo, per quanto ne so, l'approccio grafico è principalmente un esercizio per gli studenti. Non c'è semplicemente alcun motivo per cui tu debba mai usare questo metodo per analizzare un circuito a diodi complessi. Mentre siamo sull'argomento degli esercizi per gli studenti, discutiamo brevemente dell'approccio di calcolo iterativo basato su modelli esponenziali per risolvere i circuiti dei diodi. Quel nome ponderoso si riferisce a una tecnica analitica altrettanto ponderosa in cui l'equazione del diodo viene utilizzata per calcolare ripetutamente i valori di tensione e corrente fino a quando i risultati di un'iterazione non sono significativamente diversi dai risultati della precedente iterazione. Suppongo che ci siano modi peggiori per passare il tuo tempo, ma semplicemente non posso giustificare ulteriori spiegazioni di una procedura che è poco interessante, che richiede tempo, soggetta a errori e obsoleta. È bene essere consapevoli di queste tecniche e potrebbero esserci anche alcune situazioni in cui si desidera effettivamente farne uso (anche se non riesco a immaginare che qualcuno in questi giorni vorrebbe dedicare tempo prezioso al metodo iterativo). Devo riconoscere, tuttavia, che tutte e tre queste tecniche sono faticose rispetto al metodo più semplice e accurato di analisi dei circuiti a diodi: vale a dire la simulazione SPICE. È utile sviluppare l'intuizione ingegneristica ed esercitare le tue abilità di analisi dei circuiti di volta in volta, ma assicurati di risparmiare gran parte della tua energia mentale per i molti problemi che i computer non possono risolvere.