Modelarea functionarii diodei semiconductoare

Modelarea functionarii diodei semiconductoare.

Concluzia din exemplul 1 sugereaza utilitatea dezvoltarii unor modele (circuite) LINIARE, care sa descrie functionarea diodei semiconductoare. Aceste modele sunt dezvoltate pentru regimuri de functionare distincte.

A. Modelarea diodei in regim de curent continuu si variabil de semnal mare.

Figura 5. Aproximarea caracteristicii de functionare prin 2 segmente.

Modelul dezvoltat se numeste modelul LINIAR PE PORTIUNI al diodei si se bazeaza pe aproximarea CARACTERISTICII DE FUNCTIONARE a diodei din Figura 4 prin doua segmente de dreapta, ca in Figura 5.

Acest model se poate aplica numai in cazul in care dioda functioneaza in regim de curent continuu (curentul, respectiv tensiunea diodei au valori constante in timp) sau in regim variabil de semnal mare (curentul, respectiv tensiunea diodei au valori care variaza in timp, variatia fiind mai mare decat o valoare estimativa de 25mV).

Figura 6. Circuitele echivalente ale modelului liniar pe portiuni.

Modelul neglijeaza deliberat regiunea de strapungere a diodei, deoarece acest model nu se utilizeaza in aceasta regiune.

Modelul are doi parametrii, tensiunea de prag V_D si rezistenta r_D a diodei si este caracterizat de circuitul echivalent din Figura 6.a pentru cazul in care dioda functioneaza in CONDUCTIE DIRECTA, respectiv cel din Figura 6.b, pentru cazul in care dioda functioneaza in CONDUCTIE INVERSA.

B. Modelarea diodei in regim variabil de semnal mic.

Modelul dezvoltat se poate aplica numai in cazul in care dioda functioneaza in regim variabil de semnal mic (curentul, respectiv tensiunea diodei au valori care variaza in timp, variatia tensiunii pe dioda fiind mai mica decat o valoare estimativa de aproximativ 12,5mV).

Daca variatia marimilor electrice ale diodei sunt extrem de mici, comportamentul diodei se poate considera LINIAR si se bazeaza pe aproximarea CARACTERISTICII DE FUNCTIONARE a diodei din Figura 4 cu tangenta la aceasta dusa in PUNCTUL STATIC DE FUNCTIONARE (de va reveni asupra acestei notiuni). Tangenta respectiva reprezinta chiar conductanta diodei, definita conform relatiei de mai jos:

3.2

unde I_A este curentul CONTINUU prin dioda.

Figura 7. Circuitele echivalente ale modelului in regim variabil de semnal mic.

Modelul depinde de frecventa la care este utilizata dioda. Pentru frecvente mai mici decat aproximativ 1MHz, modelul este caracterizat de un singur parametru, r_d (denumit rezistenta de semnal mic a diodei), unde r_d se determina ca inversa a conductantei din relatia 3.2:

3.3

iar circuitul echivalent valabil in acest caz este prezentat in Figura 7.a. pentru cazul in care dioda functioneaza in CONDUCTIE DIRECTA, respectiv cel din Figura 7.b, pentru cazul in care dioda functioneaza in CONDUCTIE INVERSA.   

Pentru frecvente mai mari decat aproximativ 1MHz, functionarea diodei este afectata de anumite fenomene dinamice, de natura capacitiva si inductiva, care pot fi modelate prin intermediul unor asa numite CAPACITATI PARAZITE, reunite in parametrul notat c_d. Circuitul echivalent valabil in acest caz este prezentat in Figura 7.c pentru cazul in care dioda functioneaza in CONDUCTIE DIRECTA, respectiv cel din Figura 7.d, pentru cazul in care dioda functioneaza in CONDUCTIE INVERSA.