1.4 Анализ схем с диодами при использовании вентильной характеристики.

При анализе рекомендуется действовать в следующей последовательности:

6. Классифицировать характер схемы и режим ее работы.

7. На первом шаге расчета все диоды заменяем короткозамкнутыми отрезками.

8. Рассчитать (или качественно проанализировать) полученную схему и определить направления токов через диоды. Если направление тока, полученное в результате анализа, совпадает с прямым током диода, то оставляем на месте короткое замыкание, если нет –заменяем диод участком с разрывом.

9. На втором шаге рассчитываем( анализируем) полученную схему и находим фактические токи и напряжения.

10. Если полярность источников может меняться, то повторяем п.п.2,3,4.

11. Если в схеме есть реактивные элементы, то на каждом шаге считаемся с необходимостью анализа переходного процесса в схеме.

Пример 1. Получить зависимость выходного напряжения от величины входного напряжения для схемы по рис.13.

Данная схема, рассматриваемая как четырехполюсник в режиме холостого хода, содержащая линейных и нелинейных резистивных элементы, может выполнять роль функционального преобразователя, то есть устройства , формирующего выходной сигнал (напряжение), связанный с входным сигналом (напряжением) функциональной зависимостью, вид которой и следует получить.

Рис.1.13 Схема функционального преобразователя

Анализ схемы сделаем в соответствии с предложенной выше последовательностью расчета:

(рис.1.17):

Рис. 1.17 Обработка прямоугольных импульсов функциональным преобразователем

резистивный элемент. Вольтамперная характеристика стабилитрона имеет такой же вид, как и обычный диод (рис.1.55).

Рис.1.55 Вольтамперная характеристика стабилитрона	Рис.1.56 Линеаризированная вольтамперная характеристика стабилитрона

Существенное различие состоит в том, что обратное пробивное напряжение , с помощью сильного легирования , делают небольшим и лавинный процесс, имеющий место при работе диода на этом участке, если ток меньше , не приводит к выходу стабилитрона из строя. Важнейшим параметром стабилитрона является дифференциальное сопротивление на участке стабилизации- . Возьмем две достаточно близко лежащие точки (т.1 и т.2) (рис.1.55) на обратном участке ВАХ стабилитрона. Каждой точке, соответствует свой ток, свое напряжение. Если взять отношение приращении напряжения и тока, то получим дифференциальное сопротивление в окрестности точек 1 и 2:

(1.14)

Суть стабилитрона состоит в том, что дифференциальное сопротивление на этом участке маленькое и значительные приращения тока через стабилитрон, по закону Ома, не приводят к заметному изменению напряжения на стабилитроне. Это основное свойство стабилитрона используют при построении функциональных преобразователей и стабилизаторов напряжения.

При ручном (не машинном) расчете схем, содержащих стабилитроны, обычно пользуются идеализированной характеристикой вентильного вида, показанной на рис.1.56. В таб.1.9 приведены расчетные модели стабилитрона при работе на том или ином участке:

Таблица.1.9

№ участка	Расчетная модель	Значения токов, напряжении
1
2
3

Проведем расчет функционального преобразователя, показанного на рис.1.57

Порядок расчета во многом аналогичен порядку расчета цепей с диодами. Отличие состоит в том, что у стабилитрона три участка. Произвольно выбираем направление токов в схеме. Обратите внимание, что при выбранных направлениях тока ( ) и напряжения ( ) характеристика стабилитрона примет вид (рис.1.58):

Рис.1.58 Вольтамперная характеристика стабилитрона представленного на рис.1.57

Стабилитроны нашли широкое применение в устройствах стабилизации напряжения, в которых используются свойства третего участка характеристики. Рассмотрим схему со стабилизатором, показанную на рис.47.

Рис.1.62 Простейший стабилизатор напряжения

Функциональная зависимость для схемы имеет вид, как показано на рис.1.63.

Рис.1.63 Функциональная зависимость для схемы представленной на рис.1.62

Эта зависимость вытекает из функциональной зависимости по рис.1.61, если положить . Как следует из графика (рис.1.63), если входное напряжение выходное напряжение остается постоянным, независимо от величины входного, т.е имеет место стабилизация выходного напряжения при изменении входного. Необходимо заметить, что значение входного напряжения , после которого наступает стабилизация, зависит как от свойств стабилитрона ( ), так и от величины нагрузки ( ), как это следует из ( 1.20).

(1.21)

Если стабилитрон выбран, т.е. задано, сопротивление источника также задано, то с уменьшением величины нагрузки , растет значение напряжения , начиная с которого в схеме наступает режим стабилизации. Если, , то . В идеале, при , .

Это режим холостого хода. В этом режиме, при , стабилитрон открыт, ток через него равен току источника:

(1.22)

Мощность, выделяемая в стабилитроне, равна:

(1.23)

Если, не меняя величины входного напряжения, нагрузить стабилизатор, то ток стабилитрона (рис.61) будет равен:

(1.24)

Мощность, выделяемая в стабилитроне, в этом режиме , равная:

(1.25)

будет меньше, чем в режиме холостого хода. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании работы схемы в так называемых жестких условиях.

Заключительные замечания (рекомендации) к Главе №1

Уважаемый читатель. По разным причинам Вы не смогли полностью, глубоко разобраться в явлениях, схемах, расчетах изложенных в главе.. Может быть, остается много вопросов, на которые, как Вам кажется, у Вас нет правильного ответа. Не огорчайтесь! Терпеливо продолжайте работать. Терпение вечности подобно, а следовательно, у него такие же безграничные возможности. Пусть у Вас нет времени для повторного изучения данной главы, в таком случае, запомните следующие рекомендации.

№	Рекомендации
1.	При качественном анализе схем, содержащих диод, стабилитрон, используйте вентильные характеристики, при этом: 1.1. Создавайте расчетные схемы. Число расчетных схем зависит от числа вентилей, стабилитронов и от числа участков характеристики этих элементов. Схем может получиться много. Но, все они будут линейными, а это позволяет использовать все известные методы анализа электрических цепей. .При анализе, как исходной схемы, так и ее расчетных моделей широко используйте законы Кирхгофа и Ома. Особенно важно применение 2-ого закона Кирхгофа. В электронных схемах, в крайне редких случаях, остаются постоянными токи и напряжения, но если на каком-то элементе напряжение выросло, то ищи элемент, входящий в тот же контур, на котором напряжение упало, и к чему это приводит. .Пользуйтесь понятием входного сопротивления. .При анализе расчетных моделей пытайтесь применять метод узловых потенциалов. .Вдумайтесь в название схемы. Оно дает существенную подсказку в поиске главных действующих элементов схемы.
2.	Трудно переоценить роль емкости в работе электронных схем. Это изумительный по своим свойствам элемент. Помните: 2.1. Напряжение на емкости не может меняться скачком. 2.2. Для заряда и разряда емкости требуется время и должна быть цепь для протекания зарядного или разрядного тока . 2.3. Если цепь для тока через емкость отсутствует, то емкость сохраняет постоянными заряд, который на ней был и напряжение между обкладками. А вот абсолютная величина потенциала каждой обкладки может меняться, если меняется потенциал одной из них по той или иной причине. 2.4. Ток через емкость определяется скоростью изменения заряда на ней. 2.5.Скорость изменения заряда или разряда емкости часто определяется постоянной времени цепи , . 2.6. Переходный процесс в цепи заканчивается за время . И имеет смысл искать в схеме возможные пути заряда и разряда каждой емкости и прикидывать для нее величину постоянной времени .
3.	3.1 Используйте для анализа и для получения результата машинное моделирование. В настоящее время имеются такие хорошо работающие программы, как Simulink, MicroCap.