Modelado de diodos

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simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Hola,

Pregunta: A continuación, se usa una cadena de tres diodos para proporcionar un voltaje constante de aproximadamente 2,1 V. Queremos calcular el porcentaje de cambio en este voltaje regulado causado por (a) un cambio de ± 10% en la potencia - Tensión de suministro y (b) conexión de una resistencia de carga de 1 kΩ. Supongamos que n = 2.

Para ser resuelto usando un modelo de pequeña señal: Resolví la primera parte, el voltaje de entrada es una onda de corriente alterna con una amplitud de 1V en un dc-offset de 10V. El voltaje de CA de salida (pico a pico) a través de la cadena de los tres diodos es de 37.1 mV. La resistencia incremental, rd = 6.3Ω (de cada diodo).

La corriente a través del circuito, I = 7.9 mA.

El método para modelar los circuitos de diodo que estoy siguiendo es: 1. Realizar el análisis de CC, (sin considerar los componentes de CA) 2. Elimine todas las fuentes de CC, utilizando una pequeña aproximación de señal; Reemplace los diodos con su resistencia incremental.

Ahora en la segunda parte, después de conectar la resistencia de carga, RL. La corriente de 2.1 mA fluye hacia la carga, por lo tanto, la corriente a través de los diodos es (7.9 - 2.1) mA, es decir, 5.8 mA.

Entonces, la resistencia incremental también debería cambiar, como rd = nVt / Id --- (1)

La solución dada es -39.7 mV. ¿Cómo debo proceder en la segunda parte? --- (2)

(1) y (2) son las preguntas.

Nota: la pregunta es de Microelectronics Circuits, de Sedra y Smith.

EDITAR: Solución: Debido a una resistencia de carga de 1kΩ, la corriente que fluye a través del diodo disminuiría en 2.1 mA. Por lo tanto, la disminución en el voltaje de los diodos es -2.1 * rd = -2.1 * 18.9 = -39.7 V.

No entiendo por qué rd no está cambiando a pesar de un cambio en la corriente del diodo.

    
pregunta Mohammed Arshaan

1 respuesta

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La esencia de un análisis de CA es tomar la solución de CC como el nuevo "origen" y linealizar todos los componentes no lineales en ese origen. Estos componentes linealizados no cambiarán más los valores para nuestro análisis de CA, aunque lo harán en la práctica. El error que cometa es pequeño, siempre que la perturbación no sea demasiado grande.

En su caso, \ $ i_D = \ frac {10V-2.1V} {1k \ Omega} = 7.9mA \ Rightarrow r_d = \ frac {n U_t} {i_D} \ approx6.5 \ Omega \ $.

El principio es ahora que no cambiamos más la resistencia para estimar la variación de salida cuando cambia la fuente de alimentación. Si la fuente de alimentación cambia:

\ $ v_ {out} = v_ {in} \ frac {3 \ cdot r_d} {3r_d + 1k \ Omega} \ approx 19mV \ Rightarrow v_ {OUT} \ approx V_ {OUT} + v_ {out} = 2.119V \ $

Tenga en cuenta que \ $ v_ {out} \ $ es la señal de CA, \ $ V_ {OUT} \ $ es la solución de DC, y \ $ v_ {OUT} \ $ es la señal grande total.

Ya tienes una solución para agregar una resistencia. No cambiamos la resistencia para facilitar los cálculos. Aunque nos damos cuenta de que habrá un error, asumimos que es pequeño siempre que la perturbación sea también pequeña.

(editado) Si se agrega una resistencia de \ $ 1k \ Omega \ $ a la salida, y asumimos que la salida no cambia mucho, entonces aproximadamente \ $ 2.1mA \ $ se hundirá hasta el suelo. Podemos modelar esto en nuestro circuito equivalente de CA de la siguiente manera:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

La resistencia equivalente a tierra es aproximadamente \ $ 1k \ Omega \ // \ 3 \ cdot r_d \ approx 3 \ cdot r_d \ $. Y así, la caída de tensión está dada por:

\ $ v_ {out} \ approx3 \ cdot 6.3 \ Omega \ cdot 2.1mA \ Rightarrow v_ {OUT} \ approx 2.1V-39.7mV \ approx 2.06V \ $

Como puede ver, el cambio de voltaje es muy pequeño, por lo que nuestro error probablemente no sea demasiado grande y podemos usar nuestro análisis de CA de forma segura como una solución (aproximada).

Podría argumentar: ¿por qué estamos haciendo esto si se trata de aproximaciones ? Bueno, hay una buena razón para eso! Como ingeniero electrónico, por lo general no le preocupa la solución exacta. Normalmente estás más preocupado por:

  • Identificar los componentes más importantes / sensibles
  • Cómo cambiar los valores de los componentes para alcanzar las especificaciones
  • Discutir concesiones de diseño
  • Discusión sobre la estabilidad (amplificadores con retroalimentación)
  • sensibilidad w.r.t. valores de los componentes
  • aproximaciones rápidas
  • etc.
respondido por el Sven B

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