Tecniche semplificate di analisi dei circuiti per circuiti a diodi a conduzione diretta

un giorno fa p Robert Keim Cosa rende i circuiti a diodi così difficili da analizzare? Abbiamo già discusso della relazione esponenziale corrente-tensione nei diodi a conduzione diretta. In questo articolo, impareremo come utilizzare questa comprensione della relazione corrente-tensione per facilitare la semplice analisi del circuito a diodi. I diodi rendono più difficile l'analisi dei circuiti perché hanno una caratteristica corrente-tensione non lineare. In altre parole, un diodo non ha un singolo valore numerico che cattura la relazione matematica tra corrente e tensione. Con un resistore, questo singolo valore numerico è la resistenza e, di conseguenza, quando tracciamo una relazione tra un resistore tra corrente e tensione, otteniamo una linea retta. Con un tipico diodo al silicio, d'altra parte, un diagramma della relazione I-V non lineare assomiglia alla curva esponenziale mostrata di seguito. Il modo più indolore (e meno accurato) di analizzare i circuiti dei diodi è far finta che il diodo sia un interruttore controllato in tensione che funziona come una valvola unidirezionale perfetta per la corrente elettrica. Se la tensione attraverso questo "interruttore" è maggiore di 0 V, la corrente scorre liberamente, senza alcuna resistenza o caduta di tensione. Se la tensione attraverso "l'interruttore" è inferiore o uguale a 0 V, non scorre corrente. Il primo passo in questo tipo di analisi è quello di supporre che il diodo sia conduttivo o non conduttivo. Entrambe le ipotesi porteranno a risultati corretti, quindi fai solo la tua ipotesi migliore. Se si presume che il diodo stia conducendo, mantenere il diodo nello schema ma trattarlo come un pezzo di filo. Se si presume che non sia conduttivo, sostituirlo con un circuito aperto. Ora procedi con l'analisi e controlla i risultati che hanno senso. Se la tensione attraverso un presunto circuito aperto è maggiore di zero, il presupposto era errato: quel diodo sta effettivamente conducendo. Se la corrente che fluisce attraverso un diodo conduttore viene diretta dal catodo all'anodo, il presupposto era errato: stiamo limitando la nostra analisi ai diodi a conduzione diretta, quindi la corrente che scorre dal catodo all'anodo indica che il diodo non è effettivamente conduttivo. Questo metodo potrebbe sembrare piuttosto primitivo, ma in realtà è un modo pratico per eseguire una rapida analisi preliminare. È particolarmente utile quando il circuito coinvolge tensioni piuttosto elevate rispetto alle tipiche tensioni dirette del diodo o quando un circuito contiene più diodi e la preoccupazione principale è determinare quali stanno conducendo. Quando stiamo usando il metodo descritto nella sezione precedente, stiamo analizzando il circuito come se i diodi fossero ideali, nel senso che funzionano come valvole unidirezionali perfette per la corrente. Possiamo rendere questo metodo molto più realistico semplicemente incorporando una batteria ideale che rappresenta la caduta di tensione del diodo. La batteria diventa parte integrante del componente diodo complessivo, come mostrato nel diagramma seguente. Poiché la tensione di una batteria ideale è fissa e costante, questa tecnica di analisi corrisponde a un modello di diodo semplificato costituito da due stati discreti: Se la tensione da anodo a catodo attraverso il diodo è inferiore a 0,7 V, il diodo è spento e funziona come circuito aperto; se la tensione è maggiore o uguale a 0,7 V, il diodo conduce con resistenza zero ma produce una caduta di tensione di 0,7 V. (Non è necessario utilizzare 0,7 V come caduta di tensione costante, ma questa è la scelta standard per diodi al silicio tipici.) Se non sei chiaro su come funzioni questo modello, tieni presente che la polarità della batteria si oppone alla direzione del flusso di corrente diretta attraverso il diodo. Pertanto, nessuna corrente può fluire dall'anodo al catodo fino a quando la tensione diretta non supera la tensione della batteria, e ciò significa che la batteria crea una condizione di soglia per la conduzione del diodo. Inoltre, nota che la batteria non genera corrente spuria che interferisce con la nostra analisi del circuito, perché il diodo ideale non consente alla corrente di fluire nella direzione catodo-anodo. Dopo l'inizio della conduzione, la tensione della batteria diventa una normale caduta di tensione. Ancora una volta, consideriamo la polarità della batteria. Immagina una resistenza al posto della batteria; rappresenteremmo la caduta di tensione del resistore disegnando la polarità positiva a sinistra e la polarità negativa a destra, e sappiamo che questo orientamento indica una perdita di tensione mentre ci muoviamo lungo il percorso corrente. La batteria ha lo stesso orientamento di polarità e quindi rappresenta anche una perdita di tensione, in questo caso causata da un diodo anziché da una resistenza. Abbiamo ora coperto la relazione esponenziale I-V di un diodo e due metodi per facilitare l'analisi dei circuiti sostituendo questa relazione esponenziale con qualcosa di più semplice. Nel prossimo articolo discuteremo di tecniche di analisi più complesse.