Идеальный диод: Идеальный диод

Идеальный диод

Представление реального диода в виде «идеального диода» равносильно модели идеального вентиля: полностью открыт (прямое включение), полностью закрыт (обратное включение). В закрытом положении ток равен нулю при любом отрицательном напряжении на диоде, в открытом положении напряжение равно нулю при любом токе. Таким образом дифференциальные сопротивления в закрытом и открытом состоянии равны соответственно бесконечности и нулю. На рис.2.2. представлены ВАХ «идеального диода»(жирно) и его схемы замещения в открытом и закрытом состяниях.

Рис. 2.2

Такое представление реального диода часто удобно использовать для анализа схем выпрямителей с большими значениями амплитуд выпрямляемых напряжений, когда нелинейностью начального участка прямой ветви ВАХ и наличием небольшого обратного тока можно пренебречь.

Рассмотрим пример работы простейшей выпрямительной схемы с «идеальным диодом» при гармоническом входном напряжении и нулевом постоянном смещении (Рис.

2.3). Величина сопротивления нагрузки R , с которого снимается выпрямленное напряжение, значительно больше дифференциального сопротивления в открытом состоянии реального диода, и меньше дифференциального сопротивления закрытого перехода.

Рис. 2.3

Пусть , причем амплитуда Е_m такова, что можно использовать модель «идеального диода». При положительных значениях входного напряжения диод обладает нулевым дифференциальным сопротивлением, и ток в цепи равен

а при отрицательных значениях е(t) ток равен нулю. Осциллограммы тока и напряжений в схеме показаны на рис.2.4.

Рис. 2.4

Поскольку напряжение на нагрузке R несинусоидально, его можно разложить в ряд Фурье по гармоникам частоты входного напряжения. Выпрямленным напряжением является постоянная составляющая напряжения u_R (t) :

Из рисунка 2.4 видно, что напряжение на нагрузке отнюдь не постоянно, а пульсирует относительно постоянного напряжения U_R,0.

При наличии дополнительного постоянного напряжения Е_см (смещение) изменится уровень положительных и отрицательных напряжений на диоде, т.к. входное напряжение выпрямителя будет равно

На рис.2.5 показаны осциллограммы тока и напряжений для отрицательного смещения. На рисунке положительные уровни сигналов отмечены штриховкой.

Рис. 2.5

Как видим, обратное напряжение на диоде здесь увеличилось на величину смещения, а выпрямленное напряжение уменьшилось не только за счет уменьшения амплитуды тока, но и за счет уменьшения длительности импульсов тока.

В данной схеме выпрямителя выходное напряжение не постоянно, а имеет форму усеченных косинусоидальных импульсов, что свидетельствует о наличии в спектре тока и напряжения гармоник частоты выпрямляемого напряжения. Для уменьшения амплитуды гармоник на нагрузке выпрямителя ставят специальные фильтры нижних частот. Простейшим вариантом такого фильтра является параллельная цепочка

RC вместо одного сопротивления R (см. рис.2.6).

Рис. 2.6

Величину емкости определяют исходя из заданного коэффициента подавления амплитуды первой гармоники, как наибольшей в спектре тока или из неравенства:

При выполнении этого неравенства постоянная составляющая тока протекает через резистор R , а все переменные составляющие – через конденсатор С , так как его сопротивление переменным токам будет значительно меньше сопротивления резистора.

Можно рассмотреть работу выпрямителя и во временной области. Осциллограммы токов и напряжений в установившемся режиме показаны на рис. 2.7, причем входное и выходное напряжения здесь совмещены на одном графике.

Рис. 2.7

Напряжение на диоде определяется разностью входного и выходного напряжений:

Напряжение же на выходе можно представить в виде процессов заряда и разряда конденсатора С . При положительных напряжениях на диоде сопротивление последнего равно нулю (или мало в реальном диоде в прямом режиме) конденсатор быстро (практически мгновенно) заряжается до напряжения, примерно равному е(t₁); в следующие моменты времени напряжение на диоде становится отрицательным, диод закрывается, и емкость медленно разряжается через сопротивление R достаточно большой величины. При правильном выборе С и R постоянная времени разряда емкости значительно больше постоянной времени заряда, так что при разряде напряжение на выходе почти не меняется. В установившемся режиме выходное напряжение колеблется около некоторого среднего значения

U_вых,0 , близком по величине к амплитуде входного напряжения. Пульсации выпрямленного напряжения здесь значительно меньшие, чем в схеме без конденсатора.

5. Идеальный и реальный диод

Идеальный диод – это некоторая идеализация диода, при которой учитываются только его основные свойства, а побочные эффекты игнорируются.

При анализе диода рассматривают два случая.

Если U₁>U₂, через диод протекает ток. Считают, что точки 1, 2 замкнуты “накоротко”, и диод заменяется обычным проводником, имеющим нулевым сопротивление. Это «прямое включение» диода.

Если U₁<U₂, то точки 1 и 2 разомкнуты, ток не может протекать, считается просто «разрыв цепи».

Это «обратное включение».

Реальный диод отличается от идеального представления.

1. Сопротивление диода при прямом включении хоть и маленькое, но все же отлично от нуля, причем меняется по достаточно сложному закону в зависимости от приложенного напряжения.

2. В закрытом состоянии диод представляет собой конденсатор, причем его емкость зависит от напряжения (с повышением напряжения заряды «расходятся», что эквивалентно раздвижению пластин конденсатора). Это используется в параметрическом диоде – варикапе.

3. В закрытом состоянии сопротивление диода не бесконечное, и в нем может протекать слабый «обратный ток», обусловленный неосновными носителями (электронами в p–типе, дырками в n–типе). Обратное включение для основных носителей оказывается прямым для неосновных.

4. При повышении напряжения при обратном включении возможен пробой диода: тепловой, ведущей к разрушению диода, или лавинный, связанный с образованием свободных электронов и дырок под действием сильного поля.

Лавинный пробой используется в опорном диоде – стабилитроне.

5. При облучении светом диода в закрытом состоянии может увеличиваться обратный ток за счет внутреннего фотоэффекта (появление свободных электронов и дырок). Используется в фотодиоде (появлении тока при освещении).

6. В некоторых диодах при прямом включении возможна рекомбинация электронов и дырок (электрон «попадает» в дырку). При этом выделяется энергия в виде тепла или излучения. Излучение света используется в светодиодах.

Перечисленные особенности используются в аналоговой технике. Однако есть еще две особенности, которые важны для цифровой техники.

7. При подаче прямого напряжения диод открывается не сразу, а только при достижении некоторого «порогового» значения: 0.1В — 0.2В для германия и 0.5В -0.7В для кремния. Это связано с контактными явлениями: в закрытом состоянии электроны самопроизвольно проникают в p–тип, дырки в n–тип. Например, если совместить две емкости с разными газами или жидкостями, а потом убрать между ними перегородку, произойдет самопроизвольное перемешивание разных веществ. Аналогичное явление происходит и при контакте проводников разных типов. Однако электроны и дырки имеют заряды, поэтому при их перемещении возникает «контактная разность потенциалов», препятствующая дальнейшей диффузии электронов и дырок. Контактная разность потенциалов соответствует «обратному включению». Поэтому при подаче прямого напряжения необходимо превысить эту контактную разность. При этом электроны и дырки «возвращаются на свои места». Это позволяет обеспечить помехоустойчивость в цифровых схемах: логический ноль может быть не ровно 0В, но и ± 0.5В.

8. При выключении диода наблюдается задержка переключения. Это связано с так называемой барьерной емкостью, то есть переходными процессами зарядки конденсатора – диода в закрытом состоянии. Вторая причина – рассасывание заряда: электроны возвращаются в n–тип, дырки в p–тип. Это – так называемая диффузионная емкость. Эти эффекты сдерживают увеличение быстродействия цифровой техники.

Диоды — SparkFun Learn

• Главная
• Учебники
• Диоды

≡ Страниц

Авторы: Джимблом

Избранное Любимый 67

Основная функция идеального диода заключается в управлении направлением протекания тока. Ток, проходящий через диод, может идти только в одном направлении, называемом прямым направлением. Ток, пытающийся течь в обратном направлении, блокируется. Они как односторонний клапан электроники.

Если напряжение на диоде отрицательное, ток не может течь*, и идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь. В такой ситуации говорят, что диод выключен или смещен в обратном направлении .

Пока напряжение на диоде не отрицательное, он «включается» и проводит ток. В идеале* диод действовал бы как короткое замыкание (на нем 0 В), если бы он проводил ток. Когда диод проводит ток, он имеет прямое смещение

(на жаргоне электроники означает «включено»).

Зависимость тока от напряжения идеального диода. Любое отрицательное напряжение создает нулевой ток — разомкнутая цепь. Пока напряжение неотрицательно, диод выглядит как короткое замыкание.

Ideal Diode Characteristics
Operation Mode	On (Forward biased)	Off (Reverse biased)
Current Through	I>0	I=0
Напряжение через	V = 0	V
Диод выглядит как	Короткая замыкание	Открытая цепь

Символ схемы

Каждый диод имеет два терминала — Концепция — Концепция — Коннекция — Концепция — Коннекция — Концепция — и на каждом конец — Концепция — Концепция

— и на каждом конец — Концепция — Концепция

. И на каждом концентрации — контакт

. эти клеммы имеют полярность , что означает, что эти две клеммы совершенно разные. Важно не перепутать соединения на диоде. Положительный конец диода называется анодом , а отрицательный конец называется 9.0017 катод . Ток может течь от конца анода к катоду, но не в другом направлении. Если вы забыли, каким образом ток течет через диод, попробуйте вспомнить мнемонику ACID : «анодный ток в диоде» (также анод-катод — это диод ).

Символ цепи стандартного диода представляет собой треугольник, упирающийся в линию. Как мы рассмотрим позже в этом уроке, существует множество типов диодов, но обычно их символ цепи выглядит примерно так:

Вывод, входящий в плоский край треугольника, представляет собой анод. Ток течет в направлении, указанном треугольником/стрелкой, но не может двигаться в обратном направлении.

Выше приведена пара простых диодных схем. Слева диод D1 смещен в прямом направлении и позволяет току течь по цепи. По сути это похоже на короткое замыкание. Справа диод D2 смещен в обратном направлении. Ток не может течь по цепи, и она выглядит как разомкнутая цепь.

*Внимание! Звездочка! Не совсем так… К сожалению, идеального диода не существует. Но не волнуйтесь! Диоды действительно реальны, просто у них есть несколько характеристик, которые заставляют их работать немного хуже, чем наша идеальная модель…

---

---

Идеальные контроллеры диодов/ИЛИ-контроллеров | TI.com

Наши идеальные контроллеры диодов и ORing предлагают компактные и масштабируемые решения для защиты вашей системы от обратного напряжения или обратного тока. Эти устройства значительно снижают потери энергии, обычно возникающие при прямом падении напряжения традиционных дискретных кремниевых диодов или диодов Шоттки.

Новые продукты

параметрический фильтр Посмотреть все продукты

ЛМ74722-К1 НОВЫЙ

LM74722-Q1 АКТИВНЫЙ

Автомобильный идеальный диодный контроллер с низким IQ, активным выпрямлением 200 кГц и защитой от сброса нагрузки

Прибл. цена (USD) 1ку | 0,962

LM74721-Q1 НОВЫЙ

LM74721-Q1 АКТИВНЫЙ

Автомобильная промышленность, TVS менее низкий IQ, защита от обратного аккумулятора, идеальный диодный контроллер, активное выпрямление

Прибл. цена (USD) 1ку | 0,938

LM74502H НОВЫЙ

LM74502H АКТИВНЫЙ

Промышленный контроллер RPP от 3,2 В до 65 В с отключением нагрузки, OVP и высоким приводом затвора

Прибл. цена (USD) 1ку | 0,7

LM74502H-Q1 НОВЫЙ

LM74502H-Q1 АКТИВНЫЙ

Автомобильный контроллер защиты от обратной полярности, защита от перенапряжения, сила привода затвора 11 мА

Прибл. цена (USD) 1ку | 0,8

LM74502-Q1 НОВЫЙ

LM74502-Q1 АКТИВНЫЙ

Автомобильный контроллер защиты от обратной полярности, защита от перенапряжения, ток привода затвора 60 мкА

Прибл. цена (USD) 1ку | 0,7

LM74720-Q1 НОВЫЙ

LM74720-Q1 АКТИВНЫЙ

Автомобильный идеальный диодный контроллер с низким IQ, активным выпрямлением и защитой от сброса нагрузки

Прибл. цена (USD) 1ку | 0,926

Технические ресурсы

Указания по применению

Замечания по применению

Основы идеальных диодов (Rev. B)

Узнайте, как наши идеальные контроллеры диодов преодолевают общие ограничения диодов Шоттки или P-канальных полевых МОП-транзисторов, используемых для традиционной защиты входа или приложений ИЛИ.

документ-pdfAcrobat PDF

Примечание по применению

Замечания по применению

Шесть системных архитектур с надежной защитой от обратной батареи

Новые автомобильные тенденции требуют более высокой эффективности и удельной мощности во входных силовых системах. Узнайте, как новый контроллер идеальных диодов на полевых транзисторах LM74800-Q1 B2B упрощает общие архитектуры проектирования.

документ-pdfAcrobat ПДФ

Примечание по применению

Указания по применению

Устранение падения напряжения и экономия электроэнергии: идеальный диод (версия A)

В таких приложениях, как интеллектуальные электронные счетчики или термостаты, резервные батареи или резервные источники питания могут использоваться для сокращения времени простоя системы. Посмотрите, как можно использовать LM66100 для блокировки обратного тока при малом падении прямого напряжения.

документ-pdfAcrobat ПДФ

Ресурсы для проектирования и разработки

Оценочная плата

LM74700-Q1 Оценочный модуль автомобильного идеального диодного контроллера IQ от 3,2 до 65 В, 80 мкА (пакет DDF)

LM74700DDFEVM помогает разработчикам оценить работу и производительность автомобильного идеального диодного контроллера LM74700-Q1 от 3,2 до 65 В, 80 мкА IQ (пакет DDF). Этот оценочный модуль демонстрирует, как N-канальный силовой полевой МОП-транзистор может эмулировать диод с очень низким прямым напряжением с низким IQ и (…)

Оценочная плата

LM74500-Q1 Оценочный модуль контроллера защиты от обратной полярности IQ от 3,2 В до 65 В, 80 мкА

Оценочный модуль LM74500-Q1 (LM74500Q1EVM) помогает разработчикам оценить работу и производительность контроллера защиты от обратной полярности LM74500-Q1.