Circuiti elettrici non lineari
Il diodo
Misure con l’oscilloscopio
e con il multimetro
Edgardo Smerieri
Laura Faè
PLS - AIF - Corso Estivo di Fisica
Genova 2009
Individuazione dei pin del diodo
Anodo
Anodo
ID
+
VD
−
Catodo
Catodo
⎛ VD
⎞
⎜
⎟
I D = I 0 ⎜ e ηVT − 1⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
2
1
Diodo e sua curva caratteristica
Zona di conduzione diretta
⎛ VD
⎞
⎜
⎟
I D = I 0 ⎜ e ηVT − 1⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
VT = 26 mV a temperatura ambiente
I0 ~ 10 nA per diodi al Si
η è un numero che varia tra 1 e 2
3
Diodo e sua curva caratteristica
Terzo quadrante:
Zona di conduzione inversa
I D ≅ −I0
4
2
Elenco delle misurazioni
1.
2.
3.
4.
Raddrizzatore a semionda
Raddrizzatore a semionda con filtro capacitivo
Raddrizzatore a ponte
Raddrizzatore a ponte con filtro capacitivo
Particolare attenzione va posta alle modalità di visualizzazione dei segnali
sull’oscilloscopio in base a come sono generati
5
Raddrizzatore a semionda
Segnale d’ingresso prelevato da un
generatore di funzioni
- Sinusoide
- Ampiezza 1 V
- Frequenza 1 kHz
Vin e VR al CH1 e CH2 dell’oscilloscopio
6
3
Raddrizzatore a semionda
Segnale d’ingresso sinusoidale di 1 kHz di frequenza e ampiezza 1V-4V-7V-10V.
Si nota che al crescere dell’ampiezza del segnale d’ingresso l’intervallo di tempo di non
conduzione del diodo diventa sempre più piccolo in rapporto al periodo del segnale
applicato quindi il funzionamento del diodo come raddrizzatore si avvicina
maggiormente ad un comportamento ideale.
7
Misure sul raddrizzatore a semionda
1.
Misurare il valore medio Vdc con un multimetro in DC e
confrontarlo con il valore teorico per un diodo ideale
V
Vdc = max
π
– per Vin = 1 V
V
V
− VDon 1 − 0.7
Vdc = max = in max
=
≅ 0.096 V
π
–
π
per Vin = 10 V
Vdc =
2.
π
Vmax
π
=
Vin max − VDon
π
=
10 − 0.7
π
≅ 2.96 V
Calcolare il valore medio Idc = Vdc / R e confrontarlo con il valore il
valore misurato con il multimetro
8
4
Raddrizzatore a semionda
Filtro capacitivo
Segnale d’ingresso prelevato da un
generatore di funzioni
- Sinusoide
- Ampiezza 10 V
- Frequenza 1 kHz
Vin e Vout al CH1 e CH2 dell’oscilloscopio
Valore medio Vdc
Diodo in conduzione
ΔV
Diodo in interdizione
9
Misure sul raddrizzatore a semionda
Filtro capacitivo
1.
2.
Misurare il valore medio Vdc con un multimetro in DC
Misurare ΔV utilizzando l’oscilloscopio
Per Vin = 10 V si ha ΔV di circa 4.6 V pertanto
Vdc ≅ Vmax −
3.
ΔV
ΔV
= (Vin max − VDon ) −
≅7V
2
2
Calcolare il valore medio Idc = Vdc / R e confrontarlo con
il valore il valore misurato con il multimetro
10
5
Raddrizzatore a ponte
I diodi conducono a coppie:
D1 conduce insieme a D3
D2 conduce insieme a D4
11
Raddrizzatore a ponte
Vdc =
2Vmax
π
Vdc =
2(Vs max − 2VDon )
π
12
6
Raddrizzatore a ponte
• Misurare il valore medio Vdc con un multimetro in DC e confrontarlo
con il valore teorico ideale (VsRMS = 15 V)
Vdc =
2Vmax 2Vs max
=
≅ 13.5 V
π
π
• Tenendo conto della caduta di tensione ai capi dei diodi del ponte
sempre per VsRMS = 15 V si ha
Vdc =
2Vmax 2(Vs max − 2VDon ) 2(21.21 − 1.4)
≅ 12.6 V
=
=
π
π
π
13
Individuazione dei pin di un
ponte commerciale
14
7
Raddrizzatore a ponte
Filtro capacitivo
VsRMS = 15V
frequenza = 50 Hz
15
Raddrizzatore a ponte
Filtro capacitivo
Diodi D1 e D3 in conduzione
a
Diodi D2 e D4 in conduzione
c
b
d
Tutti i diodi in interdizione
16
8
Raddrizzatore a ponte
Filtro capacitivo
Al crescere della capacità:
• diminuisce il “ripple” cioè l’ondulazione della tensione d’uscita
• la scarica del condensatore è sempre più lineare (scarica a corrente costante)
• diminuisce il tempo durante il quale i diodi conducono
• aumenta il tempo durante il quale il condensatore si scarica
17
Raddrizzatore a ponte
Filtro capacitivo
Vmax
Valore medio Vdc
ΔV
Vdc ≅ Vmax −
ΔV
ΔV
= (Vs max − 2VDon ) −
2
2
18
9
Raddrizzatore a ponte
Filtro capacitivo
• Nell’ipotesi che il condensatore nella fase di diodi interdetti, si
scarichi a corrente costante per un intervallo di tempo pari a T/2 ,
l’equazione teorica approssimata della tensione media d’uscita è
Vdc ≅ Vmax −
I dc
4 fC
o alternativamente
Vdc ≅
Vmax
1
1+
4 fRL C
• Quanto più il valore del condensatore è elevato tanto più la
formula precedente è accurata e quindi tanto più il valore medio
misurato si avvicina al valore teorico
19
Raddrizzatore a ponte
Filtro capacitivo
• Misurare il valore medio Vdc con un multimetro in DC
• Per VsRMS = 15 V e C = 22 μF la simulazione fornisce una
variazione ΔV di circa 4.8 V pertanto
Vdc ≅ 17.4 V
• Per VsRMS = 15 V e C = 33 μF la simulazione fornisce una
variazione ΔV di circa 3.5 V pertanto
Vdc ≅ 18.0 V
• L’applicazione della formula precedente fornisce invece
– per C = 22 μF una tensione media Vdc = 16.7 V
– per C = 33 μF una tensione media Vdc = 17.6 V
20
10
Misure sul raddrizzatore a ponte
con filtro capacitivo
•
•
•
•
Variare la resistenza di carico (la resistenza di carico è costituita per questa
misura da una resistenza fissa da 470Ω in serie una variabile da 2 kΩ)
Misurare in corrispondenza di ogni variazione i valori di Vdc e Idc
Fare il grafico di Vdc in funzione di Idc
Verificare che la caratteristica è una retta
Vdc ≅ Vmax −
Vdc
Vmax
C1 > C2
I dc
4 fC
ΔVdc
1
=−
ΔI dc
4 fC
C1
C2
Idc
21
Circuito di misura per il rilievo della
caratteristica Idc-Vdc
22
11
