Allmän symbol för diod. Ledriktning. Alternativ symbol för en ideal diod.

Transkript

1 14BDioder Den ideala dioden. En stor och viktig grupp av halvledarkomponenter utgör dioderna, som kännetecknas av att de har vad man kallar ventilverkan. De uppvisar låg resistans för ström i den ena riktningen, Allmän symbol för diod. Ledriktning Anod Katod Alternativ symbol för en ideal diod. U I Spärriktning Ledriktning Figur 3.2 Diodsymboler. Karakteristisk ström-spännings-kurva för ideal diod. Verklig diod se ledriktningen eller framriktningen, men hög resistans för ström i den motsatta riktningen, spärriktningen eller backriktningen. Diodens schemasymbol visas i Figur 3.1. De båda anslutningarna kallas anod och katod. Dioden leder alltså i riktning från anod till katod. I ledriktningen är den ideala dioden som en kortslutning, tillslagen strömbrytare, och spänningen över dioden är därför 0V (idealt). Hur stor ström som flyter genom dioden kortslutningen då den leder bestäms av omgivande krets. I motsatt riktning spärrar dioden som ett avbrott, eller en frånslagen strömbrytare, 0A. Spänningen över dioden avbrottet bestäms av omgivande krets. Den vanligaste typen av dioder, kiseldioden, avviker från idealet främst genom att spänningsfallet över dioden i ledriktningen inte är noll utan kan i praktiken betraktas som konstant och lika med cirka 0,7 V inom diodens normala arbetsområde. Dioder används i likriktare som används i all elektronikutrustning som skall anslutas till elnätet. Nätspänningen, som är en växelspänning omvandlas till likspänning av så kallade likriktare (med dioder). I U

2 Ö3:1 Figuren, från boken, visar en enpulslikriktare. Strömmen i är riktad i diodens ledriktning och diodspänningen, över dioden, som i fig 3.1 ovan. R = 6Ω. U V U L R Likriktare Last Figur Enpulslikriktare a) U V = 12V beräkna i. b) U V = 12V beräkna U L. c) U V = 12V beräkna U D. d) U V = -12V beräkna i. e) U V = -12V beräkna U L. f) U V = -12V beräkna U D. Ö3:2 Samma krets som i föregående uppgift men u V är en växelspänning (fyrkantvåg) enligt nedan. Medelvärdet av en spänning kallas likspänningskomponenten och medelvärdet av en ström kallas likströmskomponenten. a) Beräkna likspänningskomponenten av u V. b) Skissa i ett diagram spänningen u V tillsammans med strömmen, lastspänningen u L samt diodspänningen u d. c) Beräkna likspänningskomponenten av lastspänningen.

3 d) Beräkna likströmskomponenten. Ö3:3 Figuren visar en likriktarbrygga, tvåpulslikriktare. Strömmen i V är riktad i den översta pilens riktning (se fig). R = 6Ω. Spänningen över motståndet är lastspänningen och heter U L (saknas i figuren) pilarna visar strömmens väg pos. halvperiod 4 1 I L neg. halvperiod U V 2 3 R Figur Error! No text of specified style in document..1 Tvåpulslikriktare med fyra dioder i bryggkoppling, Graetz brygga U V = 12V. a) Vilka två dioder leder? b) Beräkna i V och i L. (i V går i den översta pilens riktning i figuren) c) Beräkna spänningen över diod 2 och lastspänningen u L. U V = - 12V. d) Vilka två dioder leder? e) Beräkna i V och i L. f) Beräkna spänningen över diod 3 och lastspänningen u L (som ligger över lastresistorn R)

4 Ö3:4 Samma krets som i föregående uppgift, men Uv är en växelspänning enligt diagrammet nedan. a) Beräkna likspänningskomponenten av u V. b) Skissa i ett diagram spänningen u V tillsammans med de båda strömmarna och lastspänningen u L c) Beräkna likspänningskomponenten av lastspänningen. d) Beräkna likströmskomponenten av lastströmmen. Ö3:5 Samma krets som i föregående uppgift, men Uv är en sinusformad växelspänning. Växelspänningen har en amplitud (toppvärde) på 12V. a) Beräkna likspänningskomponenten av u V. b) Skissa i ett diagram spänningen u V tillsammans med de båda strömmarna och lastspänningen u L c) Beräkna likspänningskomponenten av lastspänningen. d) Beräkna likströmskomponenten av lastströmmen.

5 Ö3:6 Enpulslikriktare med glättningskondensator En enpulslikriktare enligt figuren kan ha en så kallad glättningskondensator för att jämna ut likspänningen över lasten (representerad av motståndet). Om brytaren är öppen har kondensatorn ingen inverkan och det blir stora pulsationer i likspänningen. Om brytaren är sluten kommer kondensatorn att förse lasten med ström, och delvis laddas ur, under den negativa halvperioden, då växelspänningen är negativ. i L i V uv i C u L Oftast är växelspänningen som skall likriktas sinusformad, men för enkelhets skull antar vi nu att den är en fyrkantvåg enligt grafen nedan. Växelspänningens toppvärde är 12V och dioden har framspänningsfallet 0,7V (ett standardvärde). Lasten modelleras av en resistans på 1,13 Ω. Kondensatorn är stor. Strömbrytaren är öppen (detsamma som utan kondensator). a) Beräkna lastspänningen u L och lastströmmen i L vid t = T/4. b) Beräkna lastspänningen u L och lastströmmen i L vid t = 3T/4. c) Beräkna medelvärdet av lastspänningen och lastströmmen. d) Beräkna effekten i lasten och förlusteffekten i dioden (medelvärden). Strömbrytaren är sluten (detsamma som med kondensator, glättning). e) Beräkna lastspänningen u L och lastströmmen i L vid t = T/4. f) Beräkna lastspänningen u L och lastströmmen i L och kondensatorströmmen i C och växelströmmen i V vid t = 3T/4.

6 g) Beräkna medelvärdet av lastspänningen och lastströmmen. h) Beräkna effekten i lasten (medelvärdet). Ö3:7 Strömförsörjning till kretskort Strömförsörjningssystemet i ett elektroniskt instrument kan efter en viss förenkling representeras med detta ekvivalenta schema. a) Beräkna hur stor spänningen över 1000 motståndet blir. Dioden har framspänningsfallet 0,7V V (likspänning) F strömförsörjning övriga kretskort kretskort A b) Till vilket värde ungefär sjunker denna spänning (över 1000 motståndet) om spänningskällan (12 V) "kopplas bort" under 10 μs? c) Till vilket värde ungefär sjunker denna spänning (över 1000 motståndet) om spänningskällan (12 V) "kopplas bort" under 1 s?

7 Facit: Ö3:1 2A, 12V, 0V, 0A, 0V, -12V Ö3:2 a) 0V b) se nedan, c) 6V d) 1A Ö3:3 a) 1 och 2 b) 2A och 2A c) 0V och 12V d) 3 och 4 e) -2A och 2A f) 0V och 12V Ö3:4 a) 0V b) se fig nedan c) 6V d) 1A

8 Ö3:5 a) 0V b) I övre figuren nedan visas Uv och iv ser likadan ut. I nedre figuren visas ul och il ser likadan ut (Ohms lag u ger i)

9 u UV 2 UV t UV 2 U L u t Figur 3.11 Spänningarnas kurvform vid tvåpulslikriktning. Siffrorna ovanför urlr-kurvan anger vilka dioder som leder under intervallet c) 2 7,6 d) 1,3 Ö3:6 a) 11,3V 10A b) 0V 0A c) 5,65V 5A d) 56,5W 3,5W e) 11,3V 10A f) 11,3V 10A 10A 0A g) 11,3V 10A h) 113W Ö3:7 Strömförsörjning till kretskort a) Stationär drift, likspänning och likström: Ingen ström genom kondensatorn 12V - 5 I - 0,7V I 0 där 200Ω är parallellkopplingen av 1000Ω och 250Ω I 0,055A ger U ,055A 11V b) Spänningsbortfall: Nu får vi ett nytt schema, där dioden inte leder s 2000 s 2ms På 10 μs hinner spänningen inte sjunka från 11V då τ >> t. (från 11V till 10,95V dvs marginellt) F c) På 1s 1000ms hinner kondensatorn laddas ur helt till 0V eftersom t >> τ /HJ