أخبار التكنولوجيا

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي


تم تنظيم هذه المجموعة من الملاحظات على إلكترونيات الطاقة على النحو التالي:

  1. النهج الرياضي للمشكلة
  2. تنفيذ الحل في بيئة الحوسبة Mathematica1-2
  3. التفسير المادي للنتائج التي تم الحصول عليها. لن يتم تضمين رمز Mathematica هنا ، حيث من الممكن استخدام أداة برمجية مكافئة.

متطلبات قراءة هذه الدروس هي المعرفة الأساسية للهندسة الكهربائية.3

تشويه التيار الموجي

لنفكر في الدائرة البسيطة الموضحة في الشكل 1 ، والتي تتكون من صمام ثنائي واحد. بتطبيق ثلاثة أنواع مختلفة من أشكال الموجات المدخلة (موجة جيبية ، موجة مربعة ، وموجة سن المنشار) ، طُلب منا تحديد الحالة التي سيكون للتيار فيها نفس شكل إشارة الإدخال ، وفحص حالات الاستقطاب الأمامي والخلفي بشكل منفصل.

حل

النظر في الشكل 1 ،الخامسفي هو أحد الأشكال الموجية الثلاثة الممكنة للإدخال. أكثر دقة، الخامسفي(ر) هي دالة دورية للدورة τ = 2π / ω.


05.18.2023

الموصلات المخصصة - قيمة الشركة المصنعة للموصل ذات الخبرة

05.17.2023

تحتفل Ezkey بمرور 15 عامًا على ابتكارات سلسلة التوريد

05.15.2023

الشكل 1: دارة بسيطة ذات صمام ثنائي واحد فقط.
الشكل 1: دارة بسيطة ذات صمام ثنائي واحد فقط

تحدد الشروط التالية الاستقطاب الأمامي والخلفي للديود:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

علاوة على ذلك ، يتم إعطاء خصائص الجهد والتيار للديود من خلال:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

يصل التيار الذي يتدفق عبر الصمام الثنائي إلى قيم عالية حتى بالنسبة لجهد دخل يبلغ بضعة فولت بسبب انخفاض قيمة الخامستي ، والتي تبلغ في درجة حرارة الغرفة حوالي 26 ملي فولت. سنستخدم قيمة ذروة إشارة دخل تبلغ 50 مللي فولت في محاكاتنا.

المدخلات الجيبية

تطبيق مدخلات جيبية وتطبيع التيار على أنا0، لدينا:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

من المعادلة (3) ، يمكننا الحصول على المؤامرة الموضحة في الشكل 2. هنا ، يمكننا أن نرى كيف أن التيار ، على الرغم من أنه أحادي الاتجاه تقريبًا ، ليس له شكل جيبي.

الشكل 2: تيار الصمام الثنائي (المقيس إلى i0) لمدخل جيبي.
الشكل 2: تيار الصمام الثنائي (المقيس إلى i0) لمدخل جيبي

موجة مربعة

يمكن بسهولة حساب التيار ، مع الاتجاه النموذجي الموضح في الشكل 3 ، من خصائص الجهد الحالي:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي
الشكل 3: موجة مربعة من السعة VM.
الشكل 3: موجة السعة المربعة الخامسم

نتيجة لذلك ، نحصل على الرسم البياني الموضح في الشكل 4.

الشكل 4: التيار في الصمام الثنائي عندما تكون إشارة الدخل موجة مربعة.
الشكل 4: التيار في الصمام الثنائي عندما تكون إشارة الدخل موجة مربعة

موجة سن المنشار

تعطي المعادلة التالية إشارة الدخل:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

الفترة هي 2π / ω ، ويرد الرسم البياني ذو الصلة في الشكل 5.

الشكل 5: إشارة إدخال سن المنشار بسعة VM
الشكل 5: إشارة السعة إدخال سن المنشار الخامسم

التيار المقيس المتدفق عبر الصمام الثنائي له نفس فترة إشارة الدخل ويعطى بواسطة:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

يتم عرض المؤامرة المقابلة في الشكل 6.

الشكل 6: التيار في الصمام الثنائي عندما تكون إشارة الإدخال عبارة عن موجة سن المنشار.
الشكل 6: التيار في الصمام الثنائي عندما تكون إشارة الإدخال عبارة عن موجة سن المنشار

ومن ثم ، يمكننا أن نستنتج أن الشكل الموجي الوحيد المحفوظ هو الموجة المربعة (على الرغم من أنها تُترجم على المحور الإحداثي).

لتحليل حالة القطبية المقلوبة ، سوف نشير إلى المخطط الموضح في الشكل 7.

الآن ، يحدث الاستقطاب الأمامي والعكسي للديود عندما:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي
الشكل 7: دائرة ذات قطبية معكوسة.
الشكل 7: دائرة ذات قطبية معكوسة

للحصول على خصائص الجهد والتيار ، علينا تغيير علامة الوسيطة الأسية في المعادلة (2):

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

في حالة جهد الدخل الجيبي ، لدينا:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

هنا ، افترضنا أن دالة الجيب المثلثية فردية. من السهل إقناع نفسه بأن الرسم البياني لـ xt) من الرسم البياني للاستقطاب المباشر عن طريق التناظر مع الخط المستقيم x = π / ω (الشكل 8). لا ينبغي أن يكون هذا الاتجاه “الانعكاسي” للرسم البياني مفاجئًا ، نظرًا لأن حالة استقطاب الصمام الثنائي معكوسة.

الشكل 8: تيار الصمام الثنائي (المقيس إلى i0) لمدخل جيبي بقطبية معكوسة.
الشكل 8: تيار الصمام الثنائي (المقيس إلى i0) لمدخل جيبي بقطبية معكوسة

المقاومة التفاضلية

هذه المرة ، لنفترض أننا مطالبون بتبرير العبارة التالية ، التي تصف تقريبًا سلوك دارة الصمام الثنائي: “الصمام الثنائي عبارة عن دائرة قصر في الاستقطاب الأمامي ودائرة مفتوحة في الاستقطاب العكسي”.

حل

يمكننا محاولة حساب مقاومة الصمام الثنائي ، بافتراض أن انخفاض الجهد عبر أطرافه معروف. ومع ذلك ، يجب أن ننتبه لأن الصمام الثنائي لا يظهر سلوكًا خطيًا ، على عكس المكونات الأخرى (المقاومات والمكثفات والمحاثات). على سبيل المثال ، بالنسبة للمقاوم ، يمكن تحديد الحجم (المقاومة) على النحو التالي:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

أين الخامس هو انخفاض الجهد و أنا شدة التيار. لمقاوم معين ، ر ثابت. إذا قمنا بتعديل قيمة الخامس، الحالي أنا التغييرات للحفاظ على نفس القيمة ر. ومع ذلك ، في حالة الصمام الثنائي ، تعتمد هذه النسبة على الخامس. لتحديد كمية مماثلة للمقاومة الأومية من الناحية التشغيلية ، يمكننا الحصول على الجهد v من خاصية الجهد الحالي. بعد ذلك يمكننا حساب مشتق هذه الدالة:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

وهكذا قمنا بتعريف المقاومة التفاضلية من الصمام الثنائي. من (11) يمكننا أن نرى ذلك ص ينخفض ​​أضعافا مضاعفة مع انخفاض الجهد الخامس في التحيز الأمامي ، بينما يزيد أضعافًا مضاعفة مع زيادة |الخامس| في الاستقطاب العكسي. هذا يبرر ادعاءات النص. يوضح الشكل 9 مؤامرة ص ك وضيفة من الخامس للديود بتيار تشبع عكسي 5 µأ في درجة حرارة الغرفة.

الشكل 9: المقاومة التفاضلية كدالة لـ v. لاحظ الزيادة السريعة في الاستقطاب العكسي.
الشكل 9: المقاومة التفاضلية كدالة لـ الخامس. لاحظ الزيادة السريعة في الاستقطاب العكسي

تيار التشبع العكسي كدالة لدرجة الحرارة

في هذا البرنامج التعليمي ، سنعمم على أي شبه موصل البيان الوارد فيه [4]، وفقًا لذلك ، بالنسبة للجرمانيوم والسيليكون ، يتضاعف تيار التشبع العكسي مع كل زيادة في درجة الحرارة بمقدار 10 درجات مئوية.

حل

نتذكر أولاً خصائص الجهد والتيار للديود:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

بافتراض أنا0 مستقل عن درجة الحرارة هو تقريب منذ ذلك الحين أنا0 يعتمد على تركيز حاملات الشحنة (الإلكترونات والثقوب) عند التوازن الديناميكي الحراري عند درجة حرارة معينة تي . وهذا يعني أن أنا0 يعتمد على تي.

وذكر القانون التجريبي عن [4] هو ما يلي:

ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

المعادلة (13) صالحة لأشباه الموصلات Ge و Si. بشكل عام ، يمكننا أن نكتب:

ملاحظات علمية حول إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

أين أ هو رقم حقيقي 2. بعد خطوات بسيطة نحصل على ما يلي:

ملاحظات علمية حول إلكترونيات الطاقة: المقاومة التفاضلية وتيار التشبع العكسي

لذلك يمكننا أن نستنتج أنه بالنسبة لأي شبه موصل ، فإن تيار التشبع العكسي يزيد أضعافًا مضاعفة مع درجة الحرارة.

مراجع

1ولفرام س. مقدمة أولية للغة ولفرام.
2ريدل أ. ، صموئيل ديك. الهندسة الإلكترونية التطبيقية مع Mathematica. شركة أديسون ويلسي للنشر.
3Nahvi M. ، Edminister J. ، مخطط Schaum للدوائر الكهربائية
4ميلمان جيه ، جرابل أ. الإلكترونيات الدقيقة.
5ملاحظات علمية على إلكترونيات الطاقة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *