Η δίοδος

• Διακόπτες ( ανορθωτές ρεύματος - rectifier)
• Σταθεροποιητές ( δίοδος Zener )

Η δίοδος είναι πολωμένο στοιχείο, γεγονός που σημαίνει ότι έχει ιδιαίτερη σημασία η θετική ( ή αντίστοιχα η αρνητική ) πόλωση. Πιο συγκεκριμένα:

Η δίοδος άγει μόνο με θετική τάση στα άκρα της, ενώ λειτουργεί πρακτικά σαν ανοιχτοκύκλωμα με αρνητική τάση. Εφόσον φτάσει την τάση στην οποία άγει, δεν θα εμφανιστεί μεγαλύτερη τάση στα άκρα της. Αν εφαρμοστεί εξαιρετικά μεγάλη αρνητική τάση στα άκρα της μπορεί να φτάσει στο καταστροφικό σημείο.

Προηγουμένως αναφέρθηκε ότι η δίοδος αρχίζει να άγει από \(V_D\approx 0.5V\). Όπου το \(D\) προέρχεται από το αγγλικό Drain. Σε πολλά μοντέλα θεωρείται λογικό \(V_D = 0\), με αποτέλεσμα η παραμικρή θετική τάση να συνεπάγεται διαρροή της διόδου από ρεύμα. Αυτό όμως δεν είναι συμβατό με την πραγματικότητα όπου ανάλογα με το υλικό κατασκευής της διόδου ( πυρίτιο ή γερμάνιο ) \(V_D = 0.6V\) ή \(V_D = 0.7V\)

\begin{equation} I_D = I_S ( e^{\frac{V_D}{nV_T}}-1 ) \end{equation}

Έχουμε πως:

1. \(I_S\) ανάστροφο ρεύμα κόρου, εξαρτάται από την θερμοκρασία. Διπλασιάζεται κάθε 10 βαθμούς κελσίου
2. \(V_T = \frac{kT}{q} = 26mV (T=300K)\), ονομάζεται θερμική τάση
3. \(n= \begin{cases} 1 & \text{germanium}\\ 2& \text{silicon} \end{cases}\) Είναι σταθερά για το υλικό, ιδιότητα του , και θα δίνεται.

Τα ισοδύναμα κυκλώματα δεν είναι ίδια για καθε τύπο ρεύματος που τα διαρρέι:

• Συνεχούς
• Εναλασσόμενου
  • Χαμηλών συχνοτήτων
  • Μέσων συχνοτήτων
  • Υψηλών συχνοτήτων

Υπάρχει, βέβαια και το γενικό ισοδύναμο. Αυτό το μάθημα επικεντρώνεται κυρίως στην λειτουργία στις μέσες συχνότητες.

Κανείς δεν κάνει αναλυτική λύση με το χέρι. Είναι σημαντικό να γίνει αυτή η διαφοροποίηση: μαθαίνουμε να κατανοούμε το κύκλωμα, οι παράμετροι θα υπολογίζονται με κάποιο πακέτο λογισμικού

Ονομάζουμε το συνεχές ρεύμα που θα χρησιμοποιήσουμε για να θέσουμε την δίοδο μας σε συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας. Πιο συγκεκριμένα, αναφερόμενοι στην χαρακτηριστική εξίσωση που προηγείται, είναι προφανές πως ανάλογα με το πλάτος της εισόδου και την συνεχή συνιστώσα της θα υπάρχει ( ή όχι ) η αντίστοιχη παραμόρφωση.

Προκειμένου, λοιπόν, να δουλέψουμε σε ένα κατα το δυνατόν γραμμικό μέρος της χαρακτηριστικής εισόδου εξόδου της διόδου, είναι συχνό να εφαρμόζουμε συνεχή τάση ( συνάρτηση της εισόδου που θα παρέχουμε στο κύκλωμα ) έτσι ώστε να περιορίσουμε την παραμορφωση, λειτουργώντας στην γραμμική περιοχή της διόδου.

(Αυτού του είδους η μελέτη και σχεδιασμός είναι ιδαίτερα χρήσιμος όταν έχουμε να κάνουμε μελέτη μικρού σήματος)

Το Σημείο ηρεμίας ή λειτουργίας ονομάζεται σημείο \(Q\)

Αναφερόμενοι στην χαρακτηριστική εξίσωση της διόδου, με παραγώγιση προκύπτει:

\begin{equation} g_d = \frac{d{I_D}}{d{V}} = \frac{1}{V_T}I_Se^{\frac{V_D}{nV_T}}\approx \frac{I_D}{nV_T} \end{equation}

Και καθώς η αγωγιμοτητα το αντίστροφο της αντίστασης έχουμε τελικά:

\begin{equation} r_d = \frac{1}{g_d} = \frac{nV_T}{I_D} \end{equation}

Όταν η δίοδος άγει εφαρμόζεται στα άκρα της ταση \(0.7 V\)¹, η οποία δεν μεταβάλλεται ( δεν μπορεί να λάβει μεγαλύτερες τιμές ), οπότε προφανώς:

\begin{align*} P&=IV \Rightarrow \\ \Rightarrow $max(I) = \frac{P}{0.7}$ \end{align*}

Με την ισχύ να είναι χαρακτηριστική της διόδου που χρησιμοποιούμε και δίνεται από τον κατασκευαστή.