LezioneSul diodo

Silvano Natalizi

Lezione 1

Polarizzazione

del Diodo

il diodo ideale

id=0, vd<0

vd=0 id>0

Un circuito come questo può essere risolto usando:

1. L’approssimazione ideale.2. La seconda approssimazione.3. La terza approssimazione.4. Un simulatore.5. La curva caratteristica del diodo.

1. Approssimazione ideale

Quale delle due ? Il diodo si comporta come interruttore chiuso o aperto ?

Soluzione esercizio:

Ipotizziamo che il diodo sia nello stato di interruttore aperto. Per l’ipotesi si ha vd<0 e id=0. Ma andiamo incontro ad un assurdo. Infatti se la id è nulla , la tensione del catodo del diodo è zero, mentre quella all’anodo +1.5V. Pertanto vd>0 contraddicendo l’ipotesi vd<0

Soluzione esercizio

Pertanto, se il diodo non può essere nello stato di interruttore aperto, deve essere in quello di interruttore chiuso.

Ne consegue che IR=Vs/RL=1.5/1k=1.5mA

Vu

Id=IR perché il diodo è in serie con la resistenza di carico

Vu=Vs pertanto l’ipotesi di partenza è soddisfatta vd=Vs-Vu=0 e id>0

Risolvere questo ulteriore esercizio.In quali dei suoi due possibili stati si troverà il diodo ?

La soluzione al precedente quesito dipende dai valori che si attribuiscono alle resistenze ed ai generatori di tensione presenti nel circuito proposto. Facciamo un esempio:

Supponiamo che il diodo sia nello stato di interruttore aperto.Quindi id=0 e vd<0

Calcoliamo la tensione v1=(10/(10+5))*12=8Vv2=11V perché id=0

Vd=v1-v2=8-11=-3<0Coerente con l’ipotesi !!!

Supponiamo invece che il diodo sia nello stato di interruttore chiuso. Ossia vd=0 e id>0.

Calcoliamo vd con il metodo della sovrapposizione degli effetti.

1) Cortocircuitiamo VB. In tal caso le due resistenze da 10 sono in parallelo e vale 5. Questo parallelo è in serie all’altra resistenza da 5. Quindi ho un partitore di tensione che fornisce in v1 la metà del generatore Vs, ossia 6V

2) Cortocircuitiamo Vs. In tal caso le due resistenze da 5 e 10 sono in parallelo e vale 3.33. Questo parallelo è in serie all’altra resistenza da 10. Quindi ho un partitore di tensione che fornisce in v2 una tensione pari a v2=(3.33/(3.33+10))*11=2.75

La tensione complessiva è 6+2.75=8.75. Pertanto la corrente fluisce dal generatore Vb verso il punto v2 e da v2 verso v1, ossia id<0 contrariamente all’ipotesi fatta

Risolviamo quest’altro problema

Ogni diodo può avere due stati possibili, di conseguenza ci sono quattro possibilità da esaminare. Di cui una sola è vera

Stato di D1 Stato di D2

Off Off

Off On

On Off

On On

I diodi possono essere entrambi Off ? Se lo fossero, la resistenza centrale sarebbe scollegata dai generatori e quindi avrebbe corrente nulla e tensione nulla. Ma allora, in particolare sarebbe vd2>0 ed anche vd1>0 contrariamente all’ipotesi.

I diodi possono essere entrambi On ? Se lo fossero, si dovrebbe avere Id1>0 e Id2 >0, ed entrambe le correnti entrerebbero nel nodo della resistenza da 6k. La corrente I6 dovrebbe quindi essere uguale alla somma di Id2 e Id1 e quindi maggiore di una sua parte, ad esempio Id1.Ma I6=3/6k=0.5mA, mentre Id1=(10-3)/4k=1.75mA.Di conseguenza risulta Id1>I6, una parte maggiore del tutto! contraddicendo l’ipotesi.

Ipotizziamo che D1 sia Off e D2 OnAnche questa ipotesi non è corretta perché vd1 deve essere nulla, invece risulta vd1=10-3=7>0!

Ipotizziamo che sia vero l’ultimo caso in esame: D1 On e D2 Off. Ci aspettiamo senz’altro di trovare una soluzione coerente con l’ipotesi, visto che già abbiamo scartato gli altri tre casi !Ma analizziamo. La maglia di sinistra è un partitore di tensione con V6=(6k/(6k+4k))*10=6VNe consegue che vd2=3-6=-3<0 in accordo con l’ipotesi che D2 è off.

Pertanto la soluzione del problema è D1=On, D2=0ff

Calcola il punto di lavoro del diodo

diodeR41K

Vin 3

R0

2KR12.5K

R31K R2 5K

diode

VTHEV

RThev

R2 5K

R12.5KR3

1K

R02K

R41K

3

diode

VTHEV 0.75

RThev

1.25KR2 5K

Per calcolare Rth cortocircuitiamo Vin e troviamo Rth=(R4||R3+R0)||R1=(1k||1k+2k)||2.5k=1.25k

Isc=la corrente di uscita quando questa è cortocircuitata a massa.Si ricava Isc=IR0=0.6mA

Vth=Rth*Isc=1.25k*0.6m=0.75V

Id=Vth/(Rth+R2)=0.75/(1.25k+5k)=120uA

Risolvere i seguenti eserciziStabilire lo stato dei diodi nei seguenti circuiti e calcolare la id e vd per ciascuno di essi.

Continua…