الثنائيات هي أجهزة أحادية الاتجاه بشكل أساسي. يقدم مقاومة منخفضة عندما يكون موجبا أو موجبا الجهد االكهربى يتم تطبيقه ولها نسبة عالية مقاومة عندما يكون الصمام الثنائي متحيزًا عكسيًا. الصمام الثنائي المثالي لديه مقاومة أمامية صفرية وانخفاض الجهد. يوفر الصمام الثنائي مقاومة عكسية عالية ، مما يؤدي إلى عدم وجود تيارات عكسية. على الرغم من عدم وجود الثنائيات المثالية ، يتم استخدام الثنائيات شبه المثالية في بعض التطبيقات. تكون الفولتية عمومًا أكبر بكثير من الجهد الأمامي للديود وبالتالي VFمن المفترض أن تكون ثابتة. تُستخدم النماذج الرياضية لتقريب خصائص الصمام الثنائي للسيليكون والجرمانيوم عندما تكون مقاومة الحمل عادةً عالية أو منخفضة جدًا. تساعد هذه الأساليب في حل مشاكل العالم الحقيقي. تتناول هذه المقالة ما هو تقريب الصمام الثنائي وأنواع التقريبات والمشكلات ونماذج الصمام الثنائي التقريبية.
ما هو الصمام الثنائي؟
إلى الصمام الثنائي هو عبارة عن أشباه موصلات بسيطة ذات محطتين تسمى الأنود والكاثود. يسمح بتدفق التيار في اتجاه واحد (الاتجاه الأمامي) ويقيد التدفق الحالي في الاتجاه المعاكس (الاتجاه العكسي). لديها مقاومة منخفضة أو صفرية عندما تكون منحازة للأمام ومقاومة عالية أو لانهائية عند منحازة عكسية. يشير أنود الأطراف إلى الرصاص الموجب ويشير الكاثود إلى الرصاص السالب. تقوم معظم الثنائيات بتوصيل التيار أو السماح له بالتدفق عندما يكون القطب الموجب متصلاً بجهد موجب. تستخدم الثنائيات كمعدلات في مزود الطاقة.
ثنائي أشباه الموصلات
ما هو تقريب الصمام الثنائي؟
تقريب الصمام الثنائي هو طريقة رياضية تستخدم لتقريب السلوك غير الخطي للديودات الحقيقية لتمكين العمليات الحسابية و دائرة كهربائية التحليلات. هناك ثلاثة تقديرات تقريبية مختلفة تستخدم لتحليل دوائر الصمام الثنائي.
أول تقريب للديود
في طريقة التقريب الأولى ، يعتبر الصمام الثنائي بمثابة صمام ثنائي متحيز للأمام وكمفتاح مغلق مع انخفاض الجهد الصفري. إنه غير مناسب للاستخدام في ظروف الحياة الواقعية ولكنه يستخدم فقط للتقديرات العامة حيث لا تكون الدقة مطلوبة.
التقريب الأول
تقريب الصمام الثنائي الثاني
في التقريب الثاني ، يعتبر الصمام الثنائي بمثابة صمام ثنائي متحيز للأمام في سلسلة مع a البطارية لتشغيل الجهاز. لكي يعمل الصمام الثنائي للسيليكون ، فإنه يحتاج إلى 0.7 فولت. يتم تغذية جهد يبلغ 0.7 فولت أو أكثر لتشغيل الصمام الثنائي المنحاز للأمام. يتم إيقاف تشغيل الصمام الثنائي إذا كان الجهد الكهربائي أقل من 0.7 فولت.
التقريب الثاني
تقريب الصمام الثنائي الثالث
يشمل التقريب الثالث للديود الجهد عبر الصمام الثنائي والجهد عبر المقاومة السائبة ، Rب. تكون مقاومة الكتلة منخفضة ، مثل أقل من 1 أوم ودائماً أقل من 10 أوم. المقاومة السائبة ، Rبيتوافق مع مقاومة المواد p و n. تتغير هذه المقاومة بناءً على مقدار جهد التوجيه والتيار المتدفق عبر الصمام الثنائي في أي وقت.
يتم حساب انخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي باستخدام الصيغة
الخامسد= 0.7V + أناد* صب
وإذا كان Rب<1/100 Rذأو R.ب<0.001 Rذ، نحن نهمل ذلك
التقريب الثالث
مشاكل تقريب الصمام الثنائي مع الحلول
دعنا الآن نلقي نظرة على مثالين لمشكلات تقريب الصمام الثنائي مع الحلول
1). انظر إلى الدائرة أدناه واستخدم التقريب الثاني للديود وابحث عن التيار المتدفق عبر الصمام الثنائي.
تقريب الدائرة للديود
أناد= (الخامسس- الخامسد) / R = (4-0.7) / 8 = 0.41A
2). انظر إلى كلتا الدائرتين واحسبهما باستخدام طريقة التقريب الثالثة للديود
الدوائر باستخدام الطريقة الثالثة
للتين (أ)
إضافة المقاوم 1kΩ مع المقاوم السائبة 0.2Ω لا يحدث أي فرق في تدفق التيار
أناد= 9.3 / 1000.2 = 0.0093 أ
إذا لم نحسب 0.2Ω ، إذن
أناد= 9.3 / 1000 = 0.0093 أ
للتين (ب)
بالنسبة لمقاومة الحمل البالغة 5Ω ، فإن تجاهل المقاومة السائبة البالغة 0.2Ω يؤدي إلى اختلاف في التدفق الحالي.
لذلك ، يجب مراعاة المقاومة السائبة والقيمة الصحيحة للتيار هي 1.7885 أ.
أناد= 9.3 / 5.2 = 1.75885 أ
إذا لم نحسب 0.2Ω ، إذن
أناد= 9.3 / 5 = 1.86 أ
بإيجاز ، إذا كانت مقاومة الحمل صغيرة ، يتم تفعيل المقاومة السائبة. ومع ذلك ، إذا كانت مقاومة الحمل عالية جدًا (تتراوح إلى عدة كيلو أوم) ، فلن يكون للمقاومة السائبة أي تأثير على التيار.
نماذج الدايود التقريبية
نماذج الصمام الثنائي هي نماذج رياضية تستخدم لتقريب السلوك الفعلي للديود. سنناقش نمذجة تقاطع pn المتصل في اتجاه منحاز للأمام باستخدام تقنيات مختلفة.
نموذج ديود شوكلي
في ال نموذج ديود شوكلي المعادلة ، يرتبط تيار الصمام الثنائي I لوصلة التوصيل pn بجهد الصمام الثنائي VD. بافتراض أن VS> 0.5V و ID أعلى بكثير من IS ، فإننا نمثل الخاصية VI للديود بواسطة
أناد= أناس(يكونVD / ηVT- 1) —— (ط)
مع كيرشوف معادلة الحلقة ، نحصل على المعادلة التالية
أناد= (الخامسس- الخامسد/ R) ———- (ii)
بافتراض أن معلمات الصمام الثنائي معروفة و ، بينما المعرف و IS كميات غير معروفة. يمكن العثور عليها باستخدام طريقتين - التحليل البياني والتحليل التكراري
التحليل التكراري
تُستخدم طريقة التحليل التكراري للعثور على جهد الصمام الثنائي VD فيما يتعلق بـ VS لأي سلسلة معينة من القيم باستخدام جهاز كمبيوتر أو آلة حاسبة. يمكن إعادة تنظيم المعادلة (1) بتقسيمها على IS وإضافة 1.
يكونVD / ηVT= أنا / أناس+1
من خلال تطبيق اللوغاريتم الطبيعي على طرفي المعادلة ، يمكن إزالة الأس. تقلل المعادلة إلى
الخامسد/ ηVتي= ln (أنا / أناس+1)
استبدال (1) من (2) لأنه يفي بقانون كيرشوف وتقل المعادلة إلى
الخامسد/ ηVتي= (ln (V.س-الخامسد) / RIس) +1
أو
الخامسد= ηVتيln ((V.س- الخامسد) / RIس+1)
نظرًا لأنه من المعروف أن Vs قيمة ، يمكن تخمين VD ويتم وضع القيمة في الجانب الأيمن من المعادلة وإجراء عمليات مستمرة ، يمكن العثور على قيمة جديدة لـ VD. بمجرد العثور على VD ، يتم استخدام قانون Kirchhoff للعثور على I.
حل رسومي
من خلال رسم المعادلتين (1) و (2) على منحنى I-V ، يتم الحصول على حل رسومي تقريبي عند تقاطع رسمين بيانيين. هذه النقطة المتقاطعة على الرسم البياني تحقق المعادلتين (1) و (2). يمثل الخط المستقيم على الرسم البياني خط التحميل ويمثل المنحنى على الرسم البياني معادلة خصائص الصمام الثنائي.
حل رسومي لتحديد نقطة التشغيل
نموذج خطي متقطع
نظرًا لأن طريقة الحل الرسومي معقدة للغاية بالنسبة للدوائر المركبة ، يتم استخدام طريقة بديلة لنمذجة الصمام الثنائي ، والمعروفة باسم النمذجة الخطية متعددة التعريفات. في هذه الطريقة ، يتم تقسيم الوظيفة إلى مقاطع خطية متعددة وتستخدم كمنحنى مميز لتقريب الصمام الثنائي.
يوضح الرسم البياني منحنى VI للديود الحقيقي الذي يتم تقريبه باستخدام نموذج خطي متعدد الأجزاء. يصنف الصمام الثنائي الحقيقي إلى ثلاثة عناصر متسلسلة: الصمام الثنائي المثالي ، ومصدر الجهد ، و المقاوم . المماس المرسوم عند النقطة Q إلى منحنى الصمام الثنائي وميل هذا الخط يساوي مقلوب مقاومة الصمام الثنائي عند النقطة Q.
التقريب الخطي متعدد التعريف
الصمام الثنائي المثالي رياضيا
يشير الصمام الثنائي المثالي رياضيًا إلى الصمام الثنائي المثالي. في هذا النوع من الصمام الثنائي المثالي ، فإن تيار التدفق يساوي الصفر عندما يكون الصمام الثنائي متحيزًا عكسيًا. إن خاصية الصمام الثنائي المثالي هي التوصيل عند 0 فولت عند تطبيق جهد موجب ويكون تدفق التيار بلا حدود ويتصرف الصمام الثنائي مثل دائرة كهربائية قصيرة. يظهر المنحنى المميز للديود المثالي.
منحنى خاصية I-V
أسئلة وأجوبة
1). أي نموذج ديود يمثل التقريب الأكثر دقة؟
التقريب الثالث هو التقريب الأكثر دقة لأنه يتضمن جهد الصمام الثنائي 0.7V ، والجهد عبر مقاومة الكتلة الداخلية للديود ، والمقاومة العكسية التي يقدمها الصمام الثنائي.
2). ما هو جهد انهيار الصمام الثنائي؟
جهد انهيار الصمام الثنائي هو الحد الأدنى للجهد العكسي المطبق لجعل انهيار الصمام الثنائي والتوصيل في الاتجاه العكسي.
3). كيف تختبر الصمام الثنائي؟
لاختبار الصمام الثنائي ، استخدم مقياس رقمي متعدد
- قم بتغيير مفتاح محدد المقياس المتعدد إلى وضع فحص الصمام الثنائي
- قم بتوصيل القطب الموجب بالرصاص الموجب لجهاز القياس المتعدد والكاثود بالرصاص السالب
- يُظهر المتر المتعدد قراءة الجهد بين 0.6 فولت إلى 0.7 فولت ويعرف أن الصمام الثنائي يعمل
- الآن قم بعكس توصيلات المتر المتعدد
- إذا أظهر المتر المتعدد مقاومة لا نهائية (فوق المدى) ويعرف أن الصمام الثنائي يعمل
4). هل الصمام الثنائي تيار؟
الصمام الثنائي ليس جهازًا يتحكم فيه التيار ولا يتحكم فيه الجهد. إنها تجري إذا أعطيت الفولتية الموجبة والسالبة بشكل صحيح.
ناقش هذا المقال الأنواع الثلاثة من الصمام الثنائي طريقة التقريب. ناقشنا كيف يمكن تقريب الصمام الثنائي عندما يعمل الصمام الثنائي كمفتاح مع عدد قليل من الأرقام. أخيرًا ، ناقشنا أنواعًا مختلفة من نماذج الصمام الثنائي التقريبية. إليك سؤال لك ، ما هي وظيفة الصمام الثنائي؟
