Circuiti diodi

1) Determinazione del punto di lavoro di un diodo :

Occorre trovare l'intersezione tra la curva statica del diodo e la retta di carico che corrisponde all'equazione   essa interseca l'asse   v_D = 0     per      e l'asse    i_D = 0   per v_D = v_in.

 

2) Costruzione della caratteristica dinamica di un diodo :

Si valuta per una data v_in il valore della i_D nel punto di lavoro (…si ottiene in tal modo il primo punto (v_in , i_A) della caratteristica dinamica) dopodichè si cambia v_in e quindi la retta di carico trasla parallelamente a se stessa individuando un nuovo punto di lavoro (v_in , i_A) e quindi anche un nuovo punto appartenente alla caratteristica dinamica, unendolo al precedente essa è completamente determinata trattandosi di una retta a pendenza costante, inoltre essendo v_out = i_DR_L essa ha la stessa forma della transcaratteristica (…curva che stabilisce il legame tra la tensione d'uscita e la tensione d'ingresso del circuito).

3) Costruzione grafica del segnale d'uscita da un diodo :

Si traccia la transcaratteristica dopodichè si ribalta la forma d'onda del segnale d'ingresso e per ogni tempo si traccia il valore del segnale d'uscita che si legge dalla transcaratteristica.

 

4) Linearizzazione a tratti :

Metodo degli stati

Si assume che ogni diodo presente nel circuito sia in stato ON (…nel qual caso lo si sostituisce con un generatore V_g in serie ad una resistenza R_F @ 10W ) oppure in stato OFF (…nel qual caso lo si sostituisce con una resistenza R_r @500kW ), si ottiene un circuito lineare analizzabile secondo le leggi di Kirchhoff ì, una volta risolto si deve verificare che i risultati ottenuti concordino con le assunzioni fatte.

Metodo degli scatti

Imponendo i_D @ 0  e v_D=v_g si trovano i punti di scatto che vanno riportati nel piano della transcaratteristica, essi debbono poi essere uniti da spezzate la cui pendenza a sinistra del 1° punto si ottiene imponendo v_i<<0 mentre la pendenza a destra della ultimo punto si ottiene imponendo v_i >> 0 .

 

5) Determinazione del punto di lavoro nel caso di due diodi :

Si ribalta e trasla la retta caratteristica del secondo diodo in modo che passi per v = v_in , l'intersezione con la caratteristica del primo diodo individua il punto di lavoro di entrambe in particolare se i due diodi sono uguali, il punto di lavoro si posiziona stabilmente a v_in e questo è uno dei motivi per il quale nei circuiti integrati si preferisce utilizzare un carico attivo piuttosto che una resistenza.

 

6) Clipper (Tosatore) :

Si tratta di un circuito in grado di far passare in uscita solo una parte del segnale d'ingresso, è costituito da una batteria di riferimento sempre posta in parallelo, da un diodo che può essere posto o in serie o in parallelo e da una resistenza la cui posizione è reciproca rispetto al diodo. Nella scelta della posizione del diodo si deve tener conto che nel suo circuito equivalente si ha una capacità in parallelo che quindi lascia passare i segnali aventi alta frequenza inoltre se il diodo è posto in serie al generatore questo deve avere una bassa resistenza interna in quanto la resistenza diretta del diodo è molto bassa e quindi non è in grado di separare opportunamente.

L'analisi del circuito si può sviluppare con il metodo degli scatti, in particolare si individua il punto di scatto del diodo e le pendenze delle rette che passano per esso, si deve sempre aver chiaro in mente che si stà tracciando la transcaratteristica e la pendenza è il rapporto tra tensione d'ingresso e tensione d'uscita e quindi è unitaria se le due tensioni coincidono.

 

7) Slicer (Affettatrice) :

È costituito da 2 diodi ideali posti in parallelo alla tensione di ingresso (…da cui sono separati tramite una resistenza R) con le punte in versi opposti e ciascuno con in serie una batteria di valore diverso. Si ha che l'escursione della tensione di ingresso viene limitata ai valori delle due batterie, in tal modo si realizza pertanto uno squadratore le cui prestazioni migliorano ponendo due diodi a valanga in contropunta.

 

8) Campionatore (Clipper) :

È un circuito con il quale si fa in modo che vi sia in uscita il segnale di ingresso soltanto quando c´è la abilitazione da parte di una tensione di controllo digitale. E´ essenzialmente costituito da un ponte di diodi con il pilotaggio a due estremi del ponte, la tensione di ingresso al 3° estremo e la tensione di uscita prelevata tramite una resistenza al 4° estremo del ponte. L´analisi si svolge con la sovrapposizione degli effetti, prima si suppone la presenza del solo pilotaggio e poi la presenza del solo segnale di ingresso, si ottiene che in un ramo del ponte la corrente scorre in versi opposti nei due casi, ebbene si deve porre la condizione che la corrente che scorre nel verso della conduzione sia maggiore della corrente che scorre nel verso dell'interdizione.

 

9) Raddrizzatore ad una semionda :

Il segnale d'ingresso viene applicato ad un diodo in serie alla resistenza di carico, se l'anodo è verso il generatore esso consente il passaggio delle sole semionde positive, la corrente che scorre nel circuito è , trascurando v_g si può calcolare il valore medio della corrente  e quindi  elaborando la quale si ottiene  che mostra come il raddrizzatore ad una semionda possa essere sostituito da un generatore avente tensione a vuoto  ed una resistenza interna R_f .

Si può inserire una capacità in parallelo alla resistenza di carico realizzando così un filtro capacitivo, in particolare si ha che quando il diodo conduce la capacità si carica mentre quando è interdetto, la capacità si scarica sulla resistenza R_L, . L'andamento della corrente nel diodo è dato dalla somma della corrente che scorre nel condensatore e della corrente che scorre nel carico, si osservi che il suo valore massimo   aumenta al crescere di C quindi essa non deve essere troppo elevata per evitare di sottoporre il diodo a correnti eccessive, ne deve essere troppo piccola altrimenti non si riduce il ripple. Nell'intervallo in cui il diodo non conduce la tensione d'uscita decresce esponenzialmente dal valore iniziale, si ha  .

 

10) Raddrizzatore a 2 semionde :

Il problema del raddrizzatore ad una semionda è che il valor medio che si ottiene non è molto alto, e non si può abusare del condensatore che funge da volano in quanto si creano delle correnti che possono rompere il diodo, allora si realizza un trasformatore bilanciato per cui la semionda positiva scorre sul lato superiore e la semionda negativa, invertita, scorre sul lato inferiore, il risultato è che sul carico posto sulla presa centrale scorrono entrambe le semionde, si trova    e quindi  .

Un'analisi approssimata del circuito si può fare supponendo C molto grande quindi   da cui deriva    e quindi l'istante d'innesco è   in corrispondenza del quale si ha  . Intuitivamente essendo V_R la tensione di ripple, si ha   dove V_R si ottiene dalla legge di scarica del condensatore    dove T₂ è l'intervallo nel quale il condensatore si scarica, esso deve essere   , nel migliore dei casi quindi  .

 

11) Regolazione :

Ci dice quanto varia la tensione a vuoto della alimentatore rispetto alla tensione che si ha se si connette un carico.

l´espressione è in questi termini perché vogliamo che sia un numero positivo e a tal fine basta osservare che la tensione a vuoto è sicuramente maggiore della tensione che si ha in presenza di un carico.

 

12) Rivelatore di picco :

La modulante può essere estratta da un segnale modulato in AM mediante un diodo in serie al parallelo di una resistenza e di un condensatore ai capi del quale si preleva l'uscita, si ha che quando il diodo conduce, il condensatore si carica per poi scaricarsi quando sopraggiunge la semionda negativa del segnale modulato. La costante di tempo ottima del gruppo RC si ottiene imponendo che la pendenza dell'inviluppo sia minore della pendenza dell'esponenziale, si ottiene :

 

13) Clamper (Fissatore) :

Supponiamo di avere una forma d'onda a valor medio nullo, possiamo mantenere la stessa forma d'onda ma fissandone il valore medio ad un livello di riferimento , in particolare il Clamper con tensione di riferimento a 0V si realizza con un condensatore in serie ad un diodo e l'uscita presa ai capi del diodo, durante la semionda positiva il diodo conduce ed il condensatore si carica al valore massimo V_m , quando il diodo si interdice in uscita si ha .

Il problema è che il condensatore non può scaricarsi e quindi non segue il segnale d'ingresso rimanendo agganciato al valore massimo, viene pertanto inserita una resistenza in parallelo al diodo e come ultima modifica una batteria V_R in serie al diodo che consente di agganciare l'ingresso alla tensione di riferimento desiderata.