ESERCIZIO DC4 Si valutino manualmente ed in simulazione le tensioni e le correnti nel circuito a singolo diodo zener in figura. Successivamente si confrontino i risultati, giustificando lo scostamento dei risultati carta e penna rispetto alle simulazioni, sulla base delle approssimazioni introdotte. ANALISI CARTA E PENNA: Nei circuiti a diodi zener, ogni dispositivo può lavorare alternativamente in tre differenti regioni di funzionamento, nelle quali è possibile approssimare il diodo ad un bipolo lineare • polarizzazione diretta→ generatore di tensione costante pari a Von≈0.7 V • polarizzazione inversa→ circuito aperto (si trascura la debole corrente inversa di saturazione) • breakdown→ generatore di tensione costante pari a VZ Come osservato nell’esercizio DC1, potrebbe essere necessario considerare un modello del diodo più accurato. In particolare, in breakdown potrebbe essere considerato anche l’effetto di variazione della tensione del diodo con la corrente, mediante un resistore RZ (tipicamente dell’ordine di svariate decine di Ω). In questo caso, nel caso in cui D1 sia in breakdown, la resistenza RZ risulta certamente trascurabile, essendo questa in serie ad R1 e decisamente minore rispetto a quest’ultima. Dall’analisi del circuito, si deduce che il diodo non può lavorare in polarizzazione diretta, essendo il catodo connesso al potenziale minore disponibile. Inoltre, ci si aspetta che se VCC<VZ il diodo lavora in polarizzazione inversa, mentre se VCC>VZ il diodo lavora in breakdown. Nel caso specifico dell’esercizio, VCC risulta maggiore diVZ e quindi il diodo lavora in breakdown e può essere approssimato ad un generatore VZ. Per dimostrare più rigorosamente tale risultato, utile da un punto di vista puramente didattico in questi primi esercizi, si può al solito supporre il funzionamento in breakdown e verificare che il verso della corrente sia compatibile con l’ipotesi (ovvero entrante dal catodo). Oppure si può ricorrere al ragionamento per assurdo che lavori in polarizzazione inversa, il che conduce all’assurdo che la tensione inversa sia superiore a VZ. Da un punto di vista analitico, sostituendo D1 con un generatore di tensione VZ, il circuito equivalente diventa e quindi si ottiene ID1=(VCC-VZ)/R1=0.2 mA VOUT=VZ =3 V SIMULAZIONE DEL CIRCUITO CON PSPICE MODELLIZZAZIONE DEL DIODO ZENER Come già anticipata nell'esercizio DC1, il comportamento in breakdown è controllato dai parametri BV, IBV ed RS, che però non hanno un collegamento diretto con i parametri Vz ed Rz del modello equivalente di Thevenin. Per basse correnti la corrente nel diodo in breakdown è dominata dall'eponenziale (parametri BV, IBV), mentre per correnti elevate è dominata dalla resistenza di massa RS. Come prima prova provare con i seguenti parametri: BV=2.9, IBV=1u, RS=0.1 Risultato: Come ulteriore esercizio provare a cambiare i parametri BV ed IBV, verificando come dalla loro combinazione dipenda la tensione di inizio e la curvatura del ginocchio ed il parametro RS, verificando come da questo dipenda la pendenza della caratteristica I-V per valori elevati di corrente.