Как нагрузочная прямая используется в проектировании схем
Из данной статьи из серии часто задаваемых инженерных вопросах (FEQ, Frequent Engineering Questions) вы узнаете, как использовать нагрузочную прямую при проектировании схем.
В этом учебном пособии будет описано, как нагрузочная прямая влияет на проектирование схемы, и как анализировать работу схемы, выбирая нагрузку по вольт-амперной характеристике.
Анализ цепей с выпрямительными диодами, светодиодами и транзисторами
Цепи, которые содержат нелинейные компоненты, такие как выпрямительные диоды, светодиоды или транзисторы, не могут быть всесторонне проанализированы с использованием методов, которые мы обычно применяем к цепям, состоящим только из резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов.
Например, в следующей схеме мы не можем точно рассчитать напряжение на диоде, объединив два резистора в Rэкв, и затем применив закон Ома.
В таких случаях мы можем выполнить необходимый анализ, нарисовав диаграмму, состоящую из нагрузочной прямой и вольт-амперной характеристики нелинейного устройства.
Чтобы создать эту диаграмму, нам сначала нужно знать зависимость между током и напряжением нелинейного устройства. Эта информация может быть получена из технического описания устройства, или мы можем использовать кривые, которые представляют типовое поведение устройств, которые относятся к обобщенной категории, которая нас интересует, – например, стандартные кремниевые диоды или низковольтные NPN-транзисторы.
Затем мы создаем нагрузочную прямую на основе ограничений, налагаемых другими элементами схемы.
Создание нагрузочной прямой по вольт-амперной характеристике диода
В диодной схеме, показанной выше, мы знаем, что напряжение на диоде не может быть выше, чем напряжение питания Vпит. Мы также знаем, что ток через диод не может быть выше, чем Vпит/Rэкв, потому что ток цепи ограничен этим значением резисторов; диод может оказывать дополнительное сопротивление току и, следовательно, создавать значение ниже, чем Vпит/Rэкв, но он не может увеличить ток выше уровня, установленного резисторами.
Таким образом, мы имеем ограничение как для падения напряжения на диоде, так и для тока, протекающего через диод. Все точки, лежащие на прямой линии между этими двумя ограничениями, представляют все возможные комбинации тока и напряжения, которые возможны в ограничивающей обстановке, создаваемой линейными элементами цепи.
Эта прямая линия – это то, что мы называем нагрузочной прямой.
Только одна из этих точек соответствует сочетанию тока и напряжения, которое возможно при электрическом поведении диода, которое описывается «диодным уравнением». Мы находим эту точку, отмечая пересечение нагрузочной прямой и кривой вольт-амперной характеристики диода, как показано выше. Точка пересечения соответствует рабочей точке цепи.
Заключение
Что вам нужно узнать о нагрузочных прямых? Поделитесь своими вопросами в комментариях ниже.