Apa itu Pendekatan Dioda (Diode Approximation): Jenis dan Model Dioda
Dioda terutama adalah perangkat searah. Ini menawarkan resistansi rendah ketika tegangan maju atau positif diterapkan dan memiliki resistansi tinggi ketika dioda bias terbalik. Dioda yang ideal memiliki resistansi maju nol dan penurunan tegangan nol. Dioda menawarkan resistansi balik yang tinggi, menghasilkan arus balik nol.
Meskipun dioda yang benar-benar ideal tidak ada, dioda yang mendekati ideal digunakan dalam beberapa aplikasi. Tegangan suplai umumnya jauh lebih besar dari tegangan maju dioda dan dengan demikian VF diasumsikan konstan.
Model matematika digunakan untuk memperkirakan karakteristik silikon dan dioda germanium ketika resistansi beban biasanya tinggi atau sangat rendah. Metode ini membantu memecahkan masalah dunia nyata. Artikel ini membahas apa itu pendekatan dioda, jenis pendekatan, masalah dan model perkiraan dioda.
Apa itu Dioda?
Sebuah dioda adalah semikonduktor sederhana dengan dua terminal yang disebut sebagai anoda dan katoda. Ini memungkinkan aliran arus dalam satu arah (arah maju / forward) dan membatasi aliran arus ke arah yang berlawanan (arah sebaliknya / reverse). Ini memiliki resistansi rendah atau nol saat bias maju dan resistansi tinggi atau tak terbatas saat bias balik.
Terminal anoda mengacu pada kabel positif dan katoda mengacu pada kabel negatif. Sebagian besar dioda menghantarkan atau membiarkan arus mengalir ketika anoda dihubungkan dengan tegangan positif. Dioda digunakan sebagai penyearah dalam catu daya.
Apa itu Pendekatan Dioda?
Pendekatan dioda atau diode approximation adalah metode matematis dalam memperkirakan perilaku nonlinier dioda nyata untuk memungkinkan perhitungan dan analisis rangkaian. Ada tiga pendekatan berbeda yang digunakan untuk menganalisis rangkaian dioda.
Pendekatan Dioda Pertama
Dalam metode pendekatan pertama, dioda dianggap sebagai dioda bias maju dan sebagai sakelar tertutup dengan penurunan tegangan nol. Ini tidak cenderung digunakan dalam keadaan kehidupan nyata tetapi hanya digunakan untuk perkiraan umum di mana ketepatan tidak diperlukan.
Pendekatan Dioda Kedua
Dalam pendekatan kedua, dioda dianggap sebagai dioda bias maju secara seri dengan baterai untuk menghidupkan perangkat. Untuk mengaktifkan dioda silikon, dibutuhkan 0.7V. Tegangan 0,7V atau lebih besar diumpankan untuk menghidupkan dioda bias maju. Dioda mati jika tegangan kurang dari 0.7V.
Pendekatan Dioda Ketiga
Pendekatan ketiga dioda meliputi tegangan dioda dan tegangan pada resistansi massal, RB. Resistansi massal rendah, seperti kurang dari 1 ohm dan selalu kurang dari 10 ohm. Resistansi massal, RB sesuai dengan resistansi bahan p dan n. Resistansi ini berubah berdasarkan jumlah tegangan penerusan dan arus yang mengalir melalui dioda pada waktu tertentu.
Penurunan tegangan dioda dihitung dengan menggunakan rumus
Vd = 0,7V + Id * RB
Dan jika RB <1/100 RTh atau RB <0,001 RTh, kita mengabaikannya
Masalah Perkiraan Dioda dengan Solusi
Sekarang mari kita lihat dua 2 contoh masalah pendekatan dioda dengan solusi
1). Lihatlah rangkaian di bawah ini dan gunakan pendekatan dioda kedua dan temukan arus yang mengalir melalui dioda.
2). Lihatlah kedua rangkaian dan hitung menggunakan metode pendekatan dioda ketiga
Untuk gambar (a)
Menambahkan resistor 1kΩ dengan resistor massal 0.2Ω tidak membuat perbedaan arus yang mengalir
ID = 9,3/1000,2 = 0,0093 A
Jika kita tidak menghitung 0,2Ω, maka
ID = 9,3 / 1000 = 0,0093 A
Untuk gambar (b)
Untuk resistansi beban 5Ω, mengabaikan resistansi massal 0,2Ω membawa perbedaan aliran arus.
Oleh karena itu, resistansi massal atau dalam jumlah besar (bulk) harus dipertimbangkan dan nilai arus yang benar adalah 1.7885 A.
ID = 9,3/5,2 = 1,75885 A
Jika kita tidak menghitung 0,2Ω, maka
ID = 9,3/5 = 1,86 A
Ringkasan, jika resistansi beban kecil, resistansi massal diberlakukan. Namun, jika resistansi beban sangat tinggi (berkisar hingga beberapa kilo-ohm), maka resistansi massal tidak berpengaruh pada arus.
Model Pendekatan Dioda
Model dioda adalah model matematis yang digunakan untuk perkiraan perilaku aktual dioda. Kita akan membahas pemodelan persimpangan p-n yang dihubungkan dalam arah bias maju menggunakan berbagai teknik.
Model Dioda Shockley
Dalam persamaan model dioda Shockley, arus dioda I dari dioda sambungan p-n berhubungan dengan tegangan dioda VD. Dengan asumsi bahwa VS> 0.5V dan ID jauh lebih tinggi dari IS, kami merepresentasikan karakteristik VI dari dioda dengan
iD = iS (eVD/ηVT-1) —— persamaan (i)
Dengan hukum Kirchoff persamaan lingkaran, kita memperoleh persamaan berikut
iD = (VS - VD/R) ———- persamaan (ii)
Dengan asumsi bahwa parameter dioda adalah dan η diketahui, sedangkan ID dan IS adalah besaran yang tidak diketahui. Ini dapat ditemukan dengan menggunakan dua teknik - Analisis grafis dan analisis Iteratif
Analisis Iteratif
Metode analisis berulang digunakan untuk menemukan tegangan dioda VD sehubungan dengan VS untuk rangkaian nilai tertentu menggunakan komputer atau kalkulator. Persamaan (i) dapat diatur kembali dengan membaginya dengan IS dan menambahkan 1.
eVD/ηVT = I/IS +1
Dengan menerapkan log natural di kedua sisi persamaan, eksponensial dapat dihilangkan. Persamaan direduksi menjadi
VD/ηVT = ln (I/IS +1)
Mengganti (i) dari (ii) karena memenuhi hukum Kirchoff dan persamaannya tereduksi menjadi
VD/ηVT = (ln (VS –VD ) / RIS ) +1
Atau
VD = ηVT ln ((VS - VS) / RIS +1)
Karena Vs diketahui nilainya, VD dapat ditebak dan nilainya diletakkan di sisi kanan persamaan dan melakukan operasi berkelanjutan, nilai baru untuk VD dapat ditemukan. Setelah VD ditemukan, hukum Kirchoff digunakan untuk menemukan I.
Solusi Grafis
Dengan memplot persamaan (i) dan (ii) pada kurva I-V, solusi grafis perkiraan diperoleh di persimpangan dua grafik. Titik potong pada grafik ini memenuhi persamaan (i) dan (ii). Garis lurus pada grafik mewakili garis beban dan kurva pada grafik mewakili persamaan karakteristik dioda.
Model Linear Sepotong - potong
Karena metode solusi grafis sangat rumit untuk rangkaian komposit, pendekatan alternatif pemodelan dioda digunakan, yang dikenal sebagai pemodelan linier sepotong-sepotong. Dalam metode ini, fungsi dipecah menjadi beberapa segmen linier dan digunakan sebagai kurva karakteristik perkiraan dioda.
Grafik menunjukkan kurva V - I dari dioda nyata yang didekati dengan menggunakan model linier dua segmen sedikit demi sedikit. Dioda nyata diklasifikasikan menjadi tiga elemen secara seri: dioda ideal, sumber tegangan, dan resistor.
Garis singgung yang ditarik pada titik-Q ke kurva dioda dan kemiringan garis ini sama dengan kebalikan dari resistansi dioda pada titik-Q.
Dioda Ideal Secara Matematis
Dioda yang diidealkan secara matematis mengacu pada dioda yang ideal. Dalam jenis dioda ideal ini, arus yang mengalir sama dengan nol ketika dioda dibiaskan terbalik. Karakteristik dioda yang ideal adalah berjalan pada 0V ketika tegangan positif diterapkan dan aliran arus tidak terbatas dan dioda berperilaku seperti korsleting. Kurva karakteristik dioda ideal ditampilkan.
Pertanyaan
1). Model dioda manakah yang mewakili perkiraan paling akurat?
Perkiraan ketiga adalah perkiraan yang paling akurat karena mencakup tegangan dioda 0,7V, tegangan melintasi resistansi massal internal dioda, dan resistansi balik yang ditawarkan oleh dioda.
2). Berapakah tegangan breakdown dioda?
Tegangan breakdown dioda adalah tegangan balik minimum yang diterapkan untuk membuat kerusakan dioda dan berjalan ke arah sebaliknya.
3). Bagaimana Anda menguji dioda?
Untuk menguji dioda, gunakan multimeter digital
- Ubah sakelar pemilih multimeter ke mode pemeriksaan dioda
- Hubungkan anoda ke lead positif multimeter dan katoda ke lead negatif
- Multimeter menunjukkan pembacaan tegangan antara 0.6V hingga 0.7V dan mengetahui bahwa dioda berfungsi
- Sekarang balikkan koneksi multimeter
- Jika multimeter menampilkan resistansi tak terbatas (rentang berlebih) dan tahu bahwa dioda berfungsi
Dioda bukanlah perangkat yang dikendalikan arus atau tegangan yang dikendalikan. Ini berjalan jika tegangan positif dan negatif diberikan dengan benar.
Artikel ini membahas tiga jenis metode aproksimasi (approximation) atau pendekatan dioda. Kami membahas bagaimana dioda dapat didekati ketika dioda bertindak sebagai sakelar dengan sedikit numerik. Akhirnya, kami membahas berbagai jenis model perkiraan dioda.