Forta si Gratie

Caracteristica statica a diodei. Punctul static de functionare.

Dorim sa aflam cum se modifica intensitatea curentului electric printr-o dioda in functie de tensiunea electrica aplicata la bornele sale in polarizare directa.

Am vazut ca exista un prag minim de tensiune (0,3 V) sub care curentul electric nu trece prin dioda iar dioda se comporta intr-un circuit la care este conectata in polarizare directa ca un intrerupator care deschide circuitul. Ce ne spune acest fenomen? Ca exista o rezistenta interna a diodei care variaza in functie de tensiunea aplicata la bornele ei. Aceasta rezistenta are legatura cu natura curentului electric prin semiconductori, mai exact cu acea cantitate minima de energie necesara pentru a disloca electronii din banda de valenta ducandu-i in banda de conductie pentru a-i pune in miscare prin circuit.

O rezistenta variabila a diodei presupune o intensitate variabila a curentului electric prin dioda in functie de tensiunea la bornele diodei aflata in polarizare directa. Dependenta acestei intensitati de tensiunea la borne este o functie neliniara (adica reprezentarea sa grafica nu este o dreapta, ci o curba). Aceasta curba este una exponentiala si ne arata ca peste un anumit prag al tensiunii la borne, asistam la o crestere exponentiala a intensitatii, fapt care face ca, in lipsa unei rezistente montate in serie cu dioda, un circuit alcatuit doar din sursa de tensiune si dioda sa intre in scurtcircuitare daca tensiunea depaseste o zona relativ restransa a valorilor de siguranta.

Curba grafica a dependentei intensitatii de tensiune in cazul diodei semiconductoare polarizate direct se numeste caracteristica statica a diodei si este, cu aproximatie, urmatoarea:

Se numeste STATICA deoarece la o temperatura si o tensiune electrica ce ramane constanta in timp, intensitatea curentului electric prin dioda ramane la randul ei constanta. Caracteristica diodei reflecta asadar aceasta dependenta statica a intensitatii de tensiune.

Am vazut la teoria semiconductorilor ca, in functie de temperatura din semiconductor, conductivitatea acestora scade sau creste, asadar intensitatea curentului electric printr-un semiconductor este influentata nu doar de tensiune, ci si de temperatura. Modificare intensitatii cu temperatura este, cu aproximatie, redata in urmatorul grafic:

Ce vedem in aceasta reprezentare grafica? Faptul ca mentinand constanta tensiunea la bornele diodei (Vd), intensitatea curentului electric prin dioda (Id) creste odata cu cresterea temperaturii. Asadar caracteristica statica a diodei semiconductoare se modifica odata cu temperatura, in sensul indicarii unei cresteri a intensitatii curentului electric prin circuit din ce in ce mai abrupte, pe masura ce fie voltajul, fie temperatura, fie amandoua cresc.

Se mai ridica urmatoarea problema: Intr-un circuit alcatuit dintr-o rezistenta Rk inseriata cu o dioda si montajul astfel realizat cuplat la o sursa de tensiune Vs care produce o cadere de tensiune Vd la bornele diodei conectate in polarizare directa cu sursa, dorim sa aflam care este intensitatea curentului electric prin circuit in functie de parametrii cunoscuti: Vs, Vd si Rk.

Deoarece avem de-a face cu un circuit serie de rezistente (Rk si dioda), aceeasi intensitate I a curentului prin circuit trece atat prin Rk (unde poate fi in mod sugestiv denumita Ir) cat si prin dioda (unde poate fi denumita Id).

Totusi NU PUTEM OBTINE O FORMULA a intesitatii curentului electric prin circuit in functie de acesti 3 parametri (Vs, Vd, Rk) deoarece insasi FORMULA variatiei s-ar modifica odata cu variatia valorii parametrilor, acest lucru datorandu-se faptului ca variatia nu este uniforma in timp (nu corespunde unei formule stabile), ci se raporteaza diferit la marimile mentionate in functie de valorile acestora.

Mai exact:

Variatia intensitatii curentului electric prin dioda in functie de tensiunea la bornele diodei am vazut ca este o curba exponentiala.

Asadar Id = f_neliniar (Vd).

Pe de alta parte, variatia intensitatii curentului electric prin rezistor in functie de tensiunea la bornele diodei (Vd) si tensiunea sursei (Vs) este o functie liniara.

Asadar Ir = f_liniar (Vs, Vd).

Valorile de pe grafic se deduc usor daca scriem legea tensiunilor a lui Kirchhoff pentru ochiul de circuit:

Vs = Rk x Ir + Vd

Cand Vd = Vs => Rk x Ir = 0 => Ir = 0
Cand Vd = Vs/2 => Rk x Ir = Vs/2 => Ir = Vs/2Rk
Cand Vd = 0 => Rk x Ir = Vs => Ir = Vs/Rk

Cum graficul acestor valori este o dreapta, intensitatea curentului prin rezistor variaza liniar in functie de Rk, Vs si Vd, conform acestei drepte.

Dupa cum spuneam anterior, intr-un circuit care inseriaza mai multe rezistente, intensitatea curentului electric este aceeasi prin tot circuitul.

De aceea: Ir=Id=I

Ca urmare, putem SUPRAPUNE GRAFICELE OBTINUTE si sa deducem intensitatea curentului electric prin circuit ca fiind data de proiectia pe axa I a singurului punct comun al celor doua grafice. Fiind chiar punctul referinta al circuitului in ceea ce priveste curentul electric care il traverseaza, acesta a fost denumit punctul static de functionare.

Punctul static de functionare ne ofera solutia grafica a ecuatiei I_circuit = f (Rk, Vs, Vd). Se numeste static deoarece pentru Rk, Vs si Vd constante, el ramane in aceeasi pozitie pe grafic la o aceeasi temperatura a diodei, atestand faptul ca I circuit nu se schimba la o temperatura constanta si valori constante ale Rk, Vs, Vd. Punctul static de functionare ne arata dependenta statica a intensitatii curentului electric prin circuit de temperatura si de valorile Rk, Vs, si Vd iar, mai departe, odata cu variatia lor, felul in care aceasta dependenta evolueaza raportat la noile valori .