EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

download EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

of 25

Transcript of EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    1/25

    Slide 1Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    2/25

    Slide 2  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    • Rectifier circuits

    • Zener diode circuits

    • Clipper and clamper circiuts

    • Multiple diode circuits

    Chapter 2 Diode Circuits

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    3/25

    Slide 3Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    DC Power Supply

    AC

    220V (rms)

    50 Hz-

    +

    V s 

    +

    -

    Voltage

    Transformer 

    Diode

    rectifier Filter 

    Voltage

    Regulator Load

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    4/25

    Slide 4Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Diode Model

    V S 

    V 0 

    VD0

    0

    Slope=R/R+r D

    V S 

    V 0 

    VD0

    VS

    VD0V 

    Input and output waveforms for r D

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    5/25

    Slide 5  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Transfer characteristic assuminga constant junction voltage

    Full-wave rectifier 

    V 0 -

    D1

    V s +

    R+

    ac

    -D2

    +

    V s - 

    V 0 

    VD00

    Slope=1

    - VD0

    Slope=-1

    v Input and output waveforms

    V S 

    V 0 VS

    VD0

    - V S 

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    6/25

    Slide 6  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Bridge (full-wave) rectifier 

    Input and output waveforms

    V S 

    V 0 VS

    2VD0

    - V S 

    ac

    -

    +

    V s 

    +

    -D2

    D4+ V 0 - D1

    RL

    D3

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    7/25Slide 7  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Voltage & Current WaveformsIn Peak Rectifier Ckt (CR >>T).

    +- RV S 

    I D 

    C+V 0 -

    I C 

    I R 

    V 0 

    Vr 

    T

    V p 

    t t 2 t 1 

     

    Conduct ion

    interval  

     

    I L

    I D 

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    8/25Slide 8  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

     A 5-V Regulated Power Supply

    D1

    D2

    1

    0

    3

    5

    6 7

    4

    2

    14:1

    14:1

    V 0 

    +

    -

    R 100 M  Isolation

    R

    500

    load  

    R=160

    583   F 

    5.1 V 

    R =0.5s 

     

      V 

    120V - rms 

     @ 60 Hz

    ac 

    10 V

    0 V

    2 V

    4 V

    6 V

    8 V

    0 50 100 150 200

    Smoothing-capacitor voltage

    Loading voltage

    v( 7,4 ) v( 6,4)

    Time, ms

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    9/25Slide 9Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Voltage-Doubler Circuit & Waveforms

    +

    -

    1 32 D2

    D1

    c120V

     – 20V

    V(2)

    Time (ms) – 20V

    0V

    V(3)

    10V

     – 10V

    V(1)

    2

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    10/25Slide 10  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Limiting & Clamping Ckts: Example-1

    V 1

    -

    R

    V 0 

    -

    1

    1

    0.7

    V0

    V1

    Describe transfer characteristic of the circuit

    For V i < V DO = 0,7V

    Diode is O.C.

    V 0 =V i

    +

    0,7V

    +V i-

    +V 0-

    V 0 =V i for V i 

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    11/25Slide 11Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Limiting & Clamping Ckts: Example-2

    1

    1

    -0.7

    V0

    V1

    V 1

    -

    R

    V 0 

    -

    Describe the transfer characteristic

    For V i > -V T = -0,7V

    Diode is O.C.

    V 0 =V i

    0,7V

    +

    +V i-

    +V 0-

    Transfer characteristics

    V 0 =V i for V i > -0,7V= -V DO V 0 =0,7 V  for V i -0,7V

    +V i

    -

    +V 0-

    For V i -V DO = -0,7V

    Diode is S.C.

    V 0 =-V DO =-0,7V

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    12/25Slide 12  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Limiting & Clamping Ckts: Example-3

    V 1

    -

    D1

    D2

    R

    V 0 

    -

    +0.7

    -0.7

    V0

    V1

    For

    -V DO =-0.7

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    13/25Slide 13Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Limiting & Clamping Ckts: Example-4

    5 V

    R

    V 1

    -

    V 0 

    -

    1

    1

    5.7

    +5.7

    V0

    V1

    Describe the transfer characteristics of the circuit 

    V V for V < 5v+ 0.7v  

    V = 5v+ 0.7v for V 5v+ 0.7v

    o i i 

    o i 

     

    io

    DOi

    VV

    O.C.isDiode

    5.7V5vVFor

    5.7vV5vV

    S.C.isDiode

     , 5.7vV5vV

    For

    DOo

    DOi

    5 V

    R

    V i 

    -

    V 0 

    -

    0.7 V+

    +

    V i 

    - 5 V

    R

    V 0 

    -

    +

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    14/25Slide 14Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Limiting & Clamping Ckts: Example-5

    )()( 21   DOi DO   vvvvv   z  z   

    DZ1 and DZ2 are OC   ivv   0

    +

    v i 

    -

    1Z 

    2 Z 

    +

    v 0 

    -

    Descr ibe th e transfer character is t ic of th e circuit 

    v 0 

    1

    1

     DO Z   V V   

      1

     DO Z   V V   

    2

    v i 

    v). z ( vvi   702   ). z (  z    vvvv   D O   70210  

    v). z ( vvi   702  70

    220  . z  z    vvvv

      DO 

    DZ1 is SC and DZ2 is OC

    DZ1 is OC and DZ2 is SC

    i 0   v v    = for )0.7v z ( 0.7v) z (  2 i 1   v v v   

    0.7v) z (  10    v v    for 0.7v) z (  2 i    v v   

    0.7v) z (  10    v v    0.7v) z (  2 i    v v   for

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    15/25Slide 15  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Additional Examples

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    16/25Slide 16  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    + v D (t)  – 

    i D (t) 

    If v D 0 & i D >0

    OC

    SC

    v D 

    i D 

    0OC

    SC

    Ideal Diode Model

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    17/25Slide 17  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    I R(t)=?

    Example 1 :

    0.5cos(t) V1 

    ~

    1 V

    +vR(t)

     –

    I.D.

    Limiting & Clamping Ckts: Ex. 1 

    0

    0,51

    I S 1+0.5cos(t)(t)=

    0.5cos(t)t

    1,5

    л/2   л 3л/2 2л

    1V

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    18/25Slide 18  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    Assume that diode is OC

    i d (t)=0  for all t

    V d (t) = 1+0.5cos(t) 

    V d (t) > 0 

     Assumption is not correct !

    + v d 

    (t)  –

    id(t)

    0.5cos(t) V 1~

    1 V

    Ω

    i d (t) = V s (t) / RV s (t) = i d (t) . R 

    = V R (t)

    i d > 0 for all t

    diode is SC for all t

     Assumption is correct!

    Assume that diode is SC

    i d (t) 

    0.5cos(t) V 1~

    1 V

    Ω

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    19/25Slide 19Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    i d (t) = ? 

    +v s (t) 

     –

    ~

    + v R (t)  –

    R = 1 

    +v d (t) 

     –

    ID

    v s (t) = 0.5 + sin(t) (V)

    v s (t )

    π/2

    -1.0

    0.5

    1.5

    0.5

    0.0

    1.0

    D: ON

    π 3π/2 2π

    v s (t ) = 0.5 + sin (t )

    Limiting & Clamping Ckts: Ex. 2 

    D: OFF D: ON D: OFF

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    20/25Slide 20  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    +v s (t) 

     –

    + v R (t)  –

    ~ +v d (t) 

     –

    i d (t) For Vs(t) > 0

     Assume that: DIODE SC

    V d (t) = 0

    i d (t) = V s (t) / R 

    = 0.5+sin(t) A

    i d (t) > 0

     Assumption is correct!V R (t) = i d (t) . R = V s (t)

    1   Ω

    ~

    + v R (t)  –

    1

    +v d (t)  –

    For V s (t)

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    21/25

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    22/25Slide 22  Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    +

    v 0 (t )

    -

    ~v i (t) 

    V a 

    ID

    R

    Plot v 0(t) & v 0(t) vs v i(t) .

    +v d (t) 

    -

    i d (t) 

    Diode: SC v d (t) = 0, i d (t) > 0 

    i d (t) = (v i (t) - Va ) / R

    v i (t) > Va

    v 0 (t) = V  a 

    Diode: OC v d (t) < 0, i d (t) = 0 

    - v i (t) + i d (t).R + V a + v d (t) =0

    v d (t) = v i (t) - V a < 0 

    v i (t) < V a 

    v 0 (t) = v i (t) 

    ~ v i (t) 

    +

    v 0 (t) 

    -

    ~ v i (t) 

    V a 

    i d (t) 

    i d (t) 

    Limiting & Clamping Ckts: Ex. 3 

    +

    v 0 (t) 

    -

    V a 

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    23/25

    Slide 23Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    va

    0

    v 0 (t) 

    v i (t) va

    ( v 0 (t) vs v i (t)  )

    v(t) 

    va

    0

    t

    v i (t) 

    v 0 (t) 

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    24/25

    Slide 24Mustafa Karaman EHB 231 Elektronik - I Chapter 2: Diode Circuits

    v i (t) 

    +

    v 0 (t) 

    -

    ~

    V a 

    R s 

    R 0 

    ID+

    v d (t) -

    i d 

    Plot v 0 (t), v 0 (t)  vs vi (t) .

    Diode: SC

    +

    v 0 (t) 

    ~

    v a 

    R s 

    R 0 

    +

    v d (t) 

    -

    i d (t) v i (t) 

    Limiting & Clamping Ckts: Ex. 4 

  • 8/15/2019 EHB 231 Chap 2 Diode Circuits

    25/25

    +

    v 0 (t) 

    -

    ~

    v a 

    R s 

    R 0 

    +

    v d (t) 

    -

    i d (t) 

    v i (t) 

    diode: OC 

    v d (t) < 0, i  d (t) = 0 v i (t)+ R s . i d (t) + v d (t)

    + R 0 . i d (t) + v a =0 

    v d (t) = v i (t) - v a < 0 

    v i (t) < v a 

    v 0 (t) = v i (t) 

    va

    v(t)

    0 t

    v i (t) 

    v 0 (t) 

    R0/(R0+ Rs)

    va

    0

    v0(t)

    vi(t)va

    va. RsR0+ Rs