ダイオードは主に単方向デバイスです。順方向または正の場合に低抵抗を提供します電圧適用され、高い抵抗ダイオードが逆バイアスされているとき。理想的なダイオードは、順方向抵抗と電圧降下がゼロです。ダイオードは高い逆抵抗を提供するため、逆電流はゼロになります。理想的なダイオードは存在しませんが、一部のアプリケーションではほぼ理想的なダイオードが使用されます。供給電圧は一般にダイオードの順方向電圧よりもはるかに大きいため、V_F一定であると想定されます。数学モデルは、負荷抵抗が通常高いか非常に低い場合に、シリコンとゲルマニウムダイオードの特性を概算するために使用されます。これらの方法は、実際の問題を解決するのに役立ちます。この記事では、ダイオード近似とは何か、近似の種類、問題、および近似ダイオードモデルについて説明します。

ダイオードとは何ですか？

にダイオードは、アノードとカソードと呼ばれる2つの端子を持つ単純な半導体です。一方向（順方向）への電流の流れを可能にし、反対方向（逆方向）への電流の流れを制限します。順方向にバイアスされている場合は抵抗が低いかゼロであり、逆方向にバイアスされている場合は抵抗が高いか無限です。端子のアノードは正のリードを指し、カソードは負のリードを指します。ほとんどのダイオードは、アノードが正の電圧で接続されている場合、電流を伝導または流すことができます。ダイオードは整流器として使用されます電源。

半導体ダイオード

ダイオード近似とは何ですか？

ダイオード近似は、実際のダイオードの非線形動作を近似して計算を可能にするために使用される数学的方法です。回路分析。ダイオード回路の分析に使用される3つの異なる近似があります。

最初のダイオード近似

最初の近似方法では、ダイオードは順方向にバイアスされたダイオードと見なされ、電圧降下がゼロの閉じたスイッチと見なされます。実際の状況では使用されませんが、正確さが要求されない一般的な近似にのみ使用されます。

最初の近似

2番目のダイオード近似

2番目の近似では、ダイオードは、と直列の順方向バイアスダイオードと見なされます。電池デバイスの電源を入れます。シリコンダイオードをオンにするには、0.7Vが必要です。順方向バイアスダイオードをオンにするために、0.7V以上の電圧が供給されます。電圧が0.7V未満の場合、ダイオードはオフになります。

2番目の近似

3番目のダイオード近似

ダイオードの3番目の近似には、ダイオード両端の電圧とバルク抵抗両端の電圧Rが含まれます。_B。バルク抵抗は低く、1オーム未満、常に10オーム未満です。バルク抵抗、R_Bpおよびn材料の抵抗に対応します。この抵抗は、任意の時点で転送電圧とダイオードを流れる電流の量に基づいて変化します。

ダイオード両端の電圧降下は、次の式を使用して計算されます。

V_d= 0.7V + I_d* R_B

そしてもしR_B<1/100 R_ThまたはR_B<0.001 R_Th、私たちはそれを無視します

3番目の近似

ソリューションを使用したダイオード近似の問題

ここで、ソリューションを使用したダイオード近似問題の2つの例を見てみましょう。

1）。以下の回路を見て、ダイオードの2番目の近似を使用して、ダイオードを流れる電流を見つけます。

ダイオード近似回路

私_D=（V_s-V_D）/ R =（4-0.7）/ 8 = 0.41A

2）。両方の回路を見て、ダイオードの3番目の近似方法を使用して計算します

回路を使用する第3の方法

イチジク（a）の場合

バルク抵抗0.2Ωと1kΩ抵抗を追加しても、流れる電流に違いはありません

私_D= 9.3 / 1000.2 = 0.0093 A

0.2Ωを数えなければ、

私_D= 9.3 / 1000 = 0.0093 A

図（b）の場合

5Ωの負荷抵抗の場合、0.2Ωのバルク抵抗を無視すると、電流の流れに違いが生じます。

したがって、バルク抵抗を考慮する必要があり、電流の正しい値は1.7885Aです。

私_D= 9.3 / 5.2 = 1.75885 A

0.2Ωを数えなければ、

私_D= 9.3 / 5 = 1.86 A

要約すると、負荷抵抗が小さい場合、バルク抵抗が有効になります。ただし、負荷抵抗が非常に高い場合（数キロオームの範囲）、バルク抵抗は電流に影響を与えません。

おおよそのダイオードモデル

ダイオードモデルは、ダイオードの実際の動作の概算に使用される数学モデルです。さまざまな手法を使用して、順方向にバイアスされた方向に接続されたp-n接合のモデリングについて説明します。

ショックリーダイオードモデル

の中にショックリーダイオードモデル式では、p-n接合ダイオードのダイオード電流Iはダイオード電圧VDに関連しています。 VS> 0.5VおよびIDがISよりもはるかに高いと仮定すると、ダイオードのVI特性を次のように表します。

私_D= i_S（^{VD /ηVT}– 1）-（i）

とキルヒホッフループ方程式から、次の方程式が得られます。

私_D=（V_S-V_D/ R）———-（ii）

IDとISが未知の量であるのに対し、ダイオードパラメータがとηが既知であると仮定します。これらは、グラフィカル分析と反復分析の2つの手法を使用して見つけることができます。

反復分析

反復分析法を使用して、コンピューターまたは計算機を使用して、任意の一連の値のVSに対するダイオード電圧VDを見つけます。式（i）は、ISで除算し、1を加算することで再編成できます。

です^{VD /ηVT}= I / I_S+1

方程式の両辺に自然対数を適用することにより、指数関数を削除できます。方程式は次のようになります。

V_D/ηV_T= ln（I / I_S+1）

キルヒホッフの法則を満たし、方程式が次のようになるため、（ii）から（i）を代入します。

V_D/ηV_T=（ln（V_S–v_D）/ RI_S）+1

または

V_D=ηV_Tln（（V_S-V_D）/ RI_S+1）

Vsの値がわかっているので、VDを推測し、その値を式の右辺に入れて連続演算を実行すると、VDの新しい値を見つけることができます。 VDが見つかると、キルヒホッフの法則を使用してIが見つかります。

グラフィカルソリューション

方程式（i）と（ii）をI-V曲線にプロットすることにより、2つのグラフの交点で近似グラフ解が得られます。グラフ上のこの交点は、式（i）および（ii）を満たします。グラフの直線は負荷線を表し、グラフの曲線はダイオードの特性式を表します。

動作点を決定するためのグラフィカルなソリューション

区分的線形モデル

グラフィカルソリューションの方法は複合回路では非常に複雑であるため、区分的線形モデリングとして知られるダイオードモデリングの代替アプローチが使用されます。この方法では、関数が複数の線形セグメントに分割され、ダイオード近似特性曲線として使用されます。

グラフは、2セグメントの区分的線形モデルを使用して近似された実際のダイオードのVI曲線を示しています。実際のダイオードは、直列の3つの要素に分類されます。理想ダイオード、電圧源、および抵抗器。 Qポイントでダイオード曲線に描かれた接線とこの線の傾きは、Qポイントでのダイオードの抵抗の逆数に等しくなります。

区分的線形近似

数学的に理想化されたダイオード

数学的に理想化されたダイオードとは、理想的なダイオードを指します。このタイプの理想ダイオードでは、電流ダイオードが逆バイアスされている場合、フローはゼロに等しくなります。理想的なダイオードの特性は、正の電圧が印加され、電流が無限に流れ、ダイオードが短絡のように動作する場合、0Vで導通することです。理想ダイオードの特性曲線を示します。

I-V特性曲線

よくある質問

1）。どのダイオードモデルが最も正確な近似を表していますか？

“10進数から8進数への変換例 ”

3番目の近似は、0.7Vのダイオード電圧、ダイオードの内部バルク抵抗の両端の電圧、およびダイオードによって提供される逆抵抗を含むため、最も正確な近似です。

2）。ダイオードの絶縁破壊電圧はどれくらいですか？

ダイオードのブレークダウン電圧は、ダイオードをブレークダウンさせて逆方向に導通させるために印加される最小の逆電圧です。

3）。ダイオードをどのようにテストしますか？

ダイオードをテストするには、デジタルマルチメータを使用します

マルチメータセレクタスイッチをダイオードチェックモードに変更します
アノードをマルチメータの正のリード線に接続し、カソードを負のリード線に接続します
マルチメータは0.6Vから0.7Vの間の電圧測定値を示し、ダイオードが機能していることを認識しています
マルチメータの接続を逆にします
マルチメータが（範囲全体で）無限の抵抗を表示し、ダイオードが機能していることを認識している場合

4）。ダイオードは電流ですか？

ダイオードは、電流制御デバイスでも電圧制御デバイスでもありません。正と負の電圧が正しく与えられている場合に導通します。

この記事では、3つのタイプについて説明しましたダイオード近似法。ダイオードが数の少ないスイッチとして機能する場合に、ダイオードをどのように近似できるかについて説明しました。最後に、さまざまなタイプの近似ダイオードモデルについて説明しました。ここにあなたへの質問があります、ダイオードの機能は何ですか？