LOAD LINE ANALYSIS
Beban yang diterapkan biasanya akan memiliki dampak penting pada titik atau wilayah pengoperasian perangkat. Jika analisis dilakukan dengan cara grafis, garis dapat ditarik pada karakteristik perangkat yang mewakili beban yang diterapkan. Perpotongan garis beban dengan karakteristik akan menentukan titik operasi sistem. Analisis semacam itu, untuk alasan yang jelas, disebut analisis garis beban. Meskipun sebagian besar jaringan dioda yang dianalisis dalam bab ini tidak menggunakan pendekatan garis beban, teknik ini cukup sering digunakan dalam bab-bab berikutnya, dan pengantar ini menawarkan aplikasi metode yang paling sederhana. Ini juga memungkinkan validasi teknik perkiraan yang dijelaskan sepanjang sisa bab ini. Pertimbangkan jaringan Gambar 2.1a yang menggunakan dioda yang memiliki karakteristik Gambar 2.1b. Perhatikan pada Gambar. 2.1a bahwa "tekanan" yang ditimbulkan oleh baterai adalah untuk membangun arus melalui rangkaian seri searah jarum jam. Fakta bahwa saat ini dan arah konduksi yang ditentukan dari dioda adalah "cocok" mengungkapkan bahwa dioda dalam keadaan "on" dan konduksi telah ditetapkan. Polaritas yang dihasilkan di seluruh dioda akan seperti yang ditunjukkan dan kuadran pertama (VD dan ID positif) dari Gambar 2.1b akan menjadi wilayah yang menarik — wilayah bias-maju. Menerapkan hukum tegangan Kirchhoff ke rangkaian seri Gambar 2.1a akan menghasilkan
E VD VR 0
atau IDR VD (2,1)
Dua variabel Persamaan. (2.1) (VD dan ID) sama dengan variabel sumbu dioda pada Gambar 2.1b. Kesamaan ini memungkinkan plot Persamaan. (2.1) pada karakteristik yang sama dari Gambar 2.1b. Perpotongan garis beban pada karakteristik dapat dengan mudah ditentukan jika seseorang menggunakan fakta bahwa di mana saja pada sumbu horizontal ID 0 A dan di mana saja pada sumbu vertikal VD 0 V. Jika kita menetapkan VD 0 V dalam Persamaan. (2.1) dan menyelesaikan untuk ID, kami memiliki besarnya ID pada sumbu vertikal. Oleh karena itu, dengan VD 0 V, Persamaan. (2.1) menjadi E VD IDR 0V IDR
dan ID E R VD = 0V (2.2)
seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.2. Jika kita menetapkan ID 0 A dalam Persamaan. (2.1) dan menyelesaikan untuk VD, kita memiliki besarnya VD pada sumbu horizontal. Oleh karena itu, dengan ID 0 A, Persamaan. (2.1) menjadi E VD IDR VD (0 A) R dan VD E ID = 0 A (2.3)
seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.2. Garis lurus yang ditarik antara dua titik akan menentukan garis beban seperti yang digambarkan pada Gambar 2.2. Ubah level R (beban) dan persimpangan pada sumbu vertikal akan berubah. Hasilnya akan menjadi perubahan kemiringan garis beban dan titik persimpangan yang berbeda antara garis beban dan karakteristik perangkat.
Kami sekarang memiliki garis beban yang ditentukan oleh jaringan dan kurva karakteristik yang ditentukan oleh perangkat. Titik potong antara keduanya adalah titik opera
52 Bab 2 Aplikasi Diode
Gambar 2.1 Konfigurasi dioda seri: (a) sirkuit; (B) karakteristik.
untuk sirkuit ini. Dengan hanya menggambar garis turun ke sumbu horizontal tegangan dioda VDQ dapat ditentukan, sedangkan garis horizontal dari titik persimpangan ke sumbu vertikal akan memberikan tingkat IDQ. ID saat ini sebenarnya adalah arus melalui seluruh konfigurasi seri Gambar 2.1a. Titik operasi biasanya disebut titik diam (disingkat "Q-pt.") Untuk mencerminkan kualitas "diam, tidak bergerak" seperti yang didefinisikan oleh jaringan dc. Solusi yang diperoleh di persimpangan dua kurva adalah sama yang akan diperoleh oleh solusi matematika simultan Persamaan. (2.1) dan (1.4) [ID Is (ekVD / TK 1)]. Karena kurva untuk dioda memiliki karakteristik nonlinier, matematika yang terlibat akan membutuhkan penggunaan teknik nonlinier yang berada di luar kebutuhan dan ruang lingkup buku ini. Analisis garis beban yang dijelaskan di atas memberikan solusi dengan upaya minimum dan deskripsi "bergambar" tentang mengapa tingkat solusi untuk VDQ dan IDQ diperoleh. Dua contoh berikutnya akan menunjukkan teknik yang diperkenalkan di atas dan mengungkapkan kemudahan relatif yang dengannya garis beban dapat ditarik menggunakan Persamaan. (2.2) dan (2.3).
Untuk konfigurasi dioda seri Gambar 2.3a yang menggunakan karakteristik dioda Gambar 2.3b tentukan: (a) VDQ dan IDQ. (B) VR.
532.2 Analisis Saluran Muat
(a) Persamaan. (2.2): ID E R VD 0 V 2 10 k V 10 mA Persamaan. (2.3): VD E ID 0 A 10 V Garis beban yang dihasilkan muncul pada Gambar. 2.4. Perpotongan antara garis beban dan kurva karakteristik mendefinisikan titik-Q sebagai VDQ 0,78 V IDQ 9,25 mA
Tingkat VD tentu merupakan perkiraan, dan keakuratan ID dibatasi oleh skala yang dipilih. Tingkat akurasi yang lebih tinggi akan membutuhkan plot yang akan jauh lebih besar dan mungkin berat. (b) VR IRR IDQR (9,25 mA) (1 k) 9,25 V atau VR E VD 10 V 0,78 V 9,22 V Perbedaan dalam hasil ini disebabkan oleh keakuratan yang dapat digunakan grafik Bacalah. Idealnya, hasil yang diperoleh dengan cara apa pun harus sama.
54 Bab 2 Aplikasi Diode
Gambar 2.4 Solusi untuk Contoh 2.1.
CONTOH 2.2. Ulangi analisis dari Contoh 2.1 dengan R 2 k.
Larutan
(a) Persamaan. (2.2): ID E R VD 0 V 2 10 k V 5 mA Persamaan. (2.3): VD E ID 0 A 10 V Garis beban yang dihasilkan muncul pada Gambar 2.5. Perhatikan penurunan kemiringan dan level arus dioda untuk menambah beban. Titik-Q yang dihasilkan ditentukan oleh VDQ 0,7 V IDQ 4,6 mA (b) VR IRR IDQR (4,6 mA) (2 k) 9,2 V dengan VR E VD 10 V 0,7 V 9.3 V Perbedaan level adalah sekali lagi karena keakuratan grafik dapat dibaca. Namun, tentu saja, hasilnya memberikan besaran yang diharapkan untuk tegangan VR.
Seperti dicatat dalam contoh di atas, garis beban ditentukan semata-mata oleh jaringan yang diterapkan sementara karakteristiknya ditentukan oleh perangkat yang dipilih. Jika kita beralih ke model perkiraan kami untuk dioda dan tidak mengganggu jaringan, garis beban akan persis sama seperti yang diperoleh pada contoh di atas. Pada kenyataannya, dua contoh berikutnya mengulangi analisis dari Contoh 2.1 dan 2.2 menggunakan model perkiraan untuk memungkinkan perbandingan hasil.
Ulangi Contoh 2.1 menggunakan perkiraan model yang setara untuk dioda semikonduktor silikon.
Larutan
Garis beban digambar ulang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.6 dengan persimpangan yang sama seperti yang didefinisikan dalam Contoh 2.1. Karakteristik dari rangkaian ekuivalen perkiraan untuk dioda juga telah dibuat sketsa pada grafik yang sama. Q-point yang dihasilkan: VDQ 0,7 V IDQ 9,25 mA
552.2 Analisis Saluran Muat
Hasil yang diperoleh dalam Contoh 2.3 cukup menarik. Tingkat IDQ persis sama dengan yang diperoleh pada Contoh 2.1 menggunakan kurva karakteristik yang jauh lebih mudah untuk menggambar daripada yang muncul pada Gambar 2.4. Tingkat VD 0,7 V versus 0,78 V dari Contoh 2.1 memiliki besaran yang berbeda dengan tempat keseratus, tetapi mereka tentu saja berada di lingkungan yang sama jika kita membandingkan besaran mereka dengan besarnya voltase lain dari jaringan.
Ulangi Contoh 2.2 menggunakan perkiraan model yang setara untuk dioda semikonduktor silikon.
Larutan
Garis beban digambar ulang seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7 dengan persimpangan yang sama didefinisikan dalam Contoh 2.2. Karakteristik dari rangkaian ekuivalen perkiraan untuk dioda juga telah dibuat sketsa pada grafik yang sama. Q-point yang dihasilkan: VDQ 0,7 V IDQ 4,6 mA
56 Bab 2 Aplikasi Diode
CONTOH 2.4
CONTOH 2.4
Dalam Contoh 2.4 hasil yang diperoleh untuk VDQ dan IDQ adalah sama dengan yang diperoleh dengan menggunakan karakteristik lengkap dalam Contoh 2.2. Contoh di atas telah menunjukkan bahwa level arus dan tegangan yang diperoleh dengan menggunakan model perkiraan sangat dekat dengan yang diperoleh dengan menggunakan karakteristik penuh. Ini menunjukkan, seperti yang akan diterapkan pada bagian selanjutnya, bahwa penggunaan perkiraan yang tepat dapat menghasilkan solusi yang sangat dekat dengan respons aktual dengan berkurangnya tingkat kekhawatiran tentang mereproduksi karakteristik dengan benar dan memilih skala yang cukup besar. Dalam contoh berikut kita melangkah lebih jauh dan mengganti model yang ideal. Hasil akan mengungkapkan kondisi yang harus dipenuhi untuk menerapkan padanan ideal dengan benar.
Seperti ditunjukkan pada Gambar. 2.8 garis beban tetap sama, tetapi karakteristik ideal sekarang memotong garis beban pada sumbu vertikal. Oleh karena itu Q-point didefinisikan oleh VDQ 0 V IDQ 10 mA
Gambar 2.7 Solusi untuk Contoh 2.2 menggunakan model perkiraan dioda.
Hasilnya cukup berbeda dari solusi Contoh 2.1 untuk menimbulkan kekhawatiran tentang keakuratannya. Tentu saja, mereka memberikan beberapa indikasi tingkat tegangan dan arus yang diharapkan relatif terhadap tingkat tegangan lain dari jaringan, tetapi upaya tambahan hanya termasuk offset 0,7-V menunjukkan bahwa pendekatan Contoh 2.3 lebih tepat. Oleh karena itu, penggunaan model dioda ideal harus dicadangkan untuk saat-saat ketika peran dioda lebih penting daripada tingkat tegangan yang berbeda dengan persepuluh volt dan dalam situasi di mana tegangan yang diterapkan jauh lebih besar daripada tegangan ambang VT. Pada beberapa bagian berikutnya model perkiraan akan digunakan secara eksklusif karena tingkat tegangan yang diperoleh akan sensitif terhadap variasi yang mendekati VT. Pada bagian selanjutnya model ideal akan digunakan lebih sering karena voltase yang diberikan akan lebih besar dari VT dan penulis ingin memastikan bahwa peran dioda dipahami dengan benar dan jelas.
No comments:
Post a Comment