Объект: ZRDIOD

Библиотека: Electronics

Имя на уровне решателя: Electronics.ZRDIOD

Аннотация: Резистивный идеальный стабилитрон

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	ELECTRIC	Электрический порт 1 анода стабилитрона
2	Port2	ELECTRIC	Электрический порт 2 катода стабилитрона

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	Goff	real	Проводимость закрытого диода, 1/Ом	Sm	1.0e-10
2	Rbv	real	Сопротивление диода при пробое, Ом	ohm	1.0e-10
3	Ron	real	Сопротивление открытого диода, Ом	ohm	1.0
4	Vf	real	Напряжение включения диода, В	V	1.0
5	Vvb	real	Напряжение пробоя, В	V	1.0

Расчетные и измеряемые величины:

№	Параметр	Описание	Единица
1	V_Voltage1	Электрический потенциал на порте ;	V
2	S_ElectricCurrent1	Электрический ток на порте ;	A
3	V_Voltage2	Электрический потенциал на порте ;	V
4	S_ElectricCurrent2	Электрический ток на порте ;	A

Результаты тестирования

Резистивный идеальный стабилитрон (ZRDIOD). Проверка прямого включения.

Описание устройства

Стабилитрон (диод Зенера) — это полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. В отличие от обычного выпрямительного диода, стабилитрон предназначен для работы в области электрического пробоя, где напряжение на нем остается практически неизменным при значительном изменении тока.

Основные характеристики стабилитрона:

• До наступления пробоя — высокое сопротивление, незначительные токи утечки.

• В режиме пробоя — резкое возрастание тока, малое дифференциальное сопротивление.

• Способность поддерживать стабильное напряжение в широком диапазоне обратных токов.

Идеальный стабилитрон в данной модели имеет два режима работы: прямое смещение (как обычный диод) и обратное смещение с пробоем.

Режим прямого включения

В данном тесте стабилитрон включен в прямом направлении. В этом случае он ведет себя как обычный диод с прямым падением напряжения Vf.

Условие для данного теста: \(E > V_f\) (5 В > 0.8 В).

Поскольку прямое падение напряжения (Vf = 0.8 В) меньше напряжения источника, диод открывается и проводит ток. Сопротивление в открытом состоянии определяется параметром Ron = 1 Ом.

Расчет тока в цепи

Схема представляет собой замкнутый контур, состоящий из:

• Источника ЭДС E = 5 В с внутренним сопротивлением r = 1e-8 Ом.

• Стабилитрона, включенного в прямом направлении (моделируется источником прямого падения Vf и сопротивлением Ron).

• Резистора R1 = 4 Ом.

Согласно закону Ома для полной цепи, ток определяется по формуле:

\[I = \frac{E - V_f}{R_{on} + R1 + r}\]

Подставляя исходные данные:

\[I = \frac{5\ \text{В} - 0.8\ \text{В}}{1\ \text{Ом} + 4\ \text{Ом} + 1\times 10^{-6}\ \text{Ом}}\]

\[I = \frac{4.2\ \text{В}}{5\ \text{Ом}} \approx 0.84\ \text{А}\]

Таким образом, амперметр в цепи должен показывать значение тока, приблизительно равное 0.84 Ампера.

Примечание: В предоставленном примере использовалось значение \(I = 5 / (1+4) = 1 А\), что справедливо только при пренебрежении прямым падением напряжения \(V_f = 0\) или при ошибочном использовании напряжения пробоя Vvb вместо Vf.

Начальные данные

Параметры элементов схемы:

• E (источник ЭДС) = 5 В

• r (внутреннее сопротивление источника) = 1×10⁻⁶ Ом

• Vvb (напряжение пробоя при обратном смещении) = 1 В

• Vf (прямое падение напряжения) = 0.8 В

• Ron (сопротивление в открытом состоянии) = 1.0 Ом

• Goff (проводимость в закрытом состоянии) = 1×10⁻¹⁰ См

• R1 (внешнее сопротивление) = 4 Ом

Верификация режима работы

Поскольку в данном тесте исследуется прямое включение стабилитрона, параметры обратного пробоя (Vvb, Goff) не влияют на результат. Ключевыми параметрами являются:

• Vf = 0.8 В — определяет падение напряжения на диоде в прямом направлении.

• Ron = 1 Ом — определяет динамическое сопротивление открытого диода.

• R1 = 4 Ом — внешнее токоограничивающее сопротивление.

• end (время интегрирования) = 5

Схема теста

Рисунок 1 — Схема тестирования идеального стабилитрона (прямое включение)

График результата теста

Рисунок 2 - Electronics_model_ZRDIOD.Check