Wie analysiert man diese Diodenschaltung?

Die gezeigte Schaltung ist nicht realisierbar - oder Sie könnten sie in zwei Phasen analysieren, wenn Sie müssen:

Phase 1:

• Jede 1n4148-Diode ist für 200 mA Dauerstrom und 450 mA Spitzenwiederholstrom ausgelegt.
• Wenn sie wie angegeben verdrahtet ist, fällt jede Diode um etwa 1 bis 1,5 Volt ab ( Abb. 3 im Datenblatt ), bevor der Strom den absoluten Nennwert überschreitet
• Da die Versorgungsspannung 5 Volt beträgt, übersteigt dies die oben angegebenen maximalen 3 Volt bei weitem, sodass eine der beiden Dioden durchbrennt.

Phase 2.a: Wenn D2 durchbrennt und zu einem offenen Stromkreis wird:

• An Vout liegt keine Spannung an _, da D2 jetzt ein offener Stromkreis ist
• Ergebnis: V _out = 0 Volt

Phase 2.b: Wenn D1 durchbrennt und zu einem offenen Stromkreis wird:

• V _out = V1 - V _D2 = ~ 4,4 Volt

Dann gibt es die Möglichkeit, dass D1 oder D2 durchbrennen, um kurz zu werden. Diese resultierende Analyse bleibt Ihnen überlassen :-)

CircuitLab löst die Schaltung, weil es Effekte wie Sperrschichttemperaturen, die über das Limit hinausgehen, nicht simuliert, sodass Halbleiter schmelzen.

Eine Diode ist kein fester Spannungsabfall. Der Strom durch eine Diode hängt durch eine Exponentialgleichung mit der Spannung zusammen. Diese Exponentialgleichung geht ewig weiter: Für jede erdenkliche Spannung lässt sich ein Strom finden. Tatsächlich gibt es mehr als eine Gleichung, weil sogar die Gleichungen Idealisierungen des realen Verhaltens sind. Eine lohnenswerte Lektüre ist der Wikipedia-Artikel zur Diodenmodellierung.

In der DC-Simulation haben Sie vergessen, Ausdrücke für die Anzeige des Diodenstroms hinzuzufügen, eine wichtige Größe, um die sich der Designer kümmern muss. Der DC-Solver meldet, dass der Strom durch die obere Diode 2,755 A und durch die untere 2,750 A beträgt (da der Widerstand 0,005 davon aufnimmt). Ja, die Dioden fallen um 2,5 V ab, aber durch Ziehen eines sehr großen Stroms. Jede Diode verbraucht 6,9 W. Warum schlagen Sie nicht im Datenblatt des 1N4148 nach, um zu sehen, wo die tatsächlichen Grenzen liegen?

Vielleicht ist die Schaltung realisierbar. In diesem Fall kann es jedoch nicht ohne einen kryogenen Kühlmechanismus gehen, um die Sperrschichttemperaturen in Grenzen zu halten! Und selbst wenn es funktioniert, werden die Ergebnisse wahrscheinlich nicht mit dem DC Solver von CircuitLab übereinstimmen: Die Spannung zwischen den Dioden wird nicht genau in der Mitte zwischen 0 und 5 liegen.

Eine Möglichkeit, die "unmögliche" Schaltung zu lösen, besteht darin, sich vorzustellen, dass die Dioden einen Volumenwiderstand haben, der durch einen winzigen Vorwiderstand angenähert wird (und sie dann weiterhin als festen Spannungsabfall behandelt):

Dies ist physikalisch nicht korrekt und ignoriert immer noch die Realität, dass die Dioden zerstört werden, aber es ist eine Möglichkeit, die Ergebnisse des DC Solver zu reproduzieren. (Die 650$m\Omega$Die Zahlen werden so zusammengewürfelt, dass sie ungefähr die gleichen Werte ergeben, während die 700-mV-Annahme beibehalten wird.)

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Wenn Sie auf das Diodensymbol doppelklicken, sehen Sie, dass der tatsächliche Wert, den CircuitLab für einen Serienwiderstand in der Diode (Parameter R_S) verwendet, 0,568 beträgt$\Omega$. Etwas weniger als oben, was bedeutet, dass CircuitLab eine höhere Spannung über dem PN-Übergang als 0,7 berechnet hat. Wenn wir mit 0,568 gehen, bedeutet dies, dass der Spannungsabfall (V = IR) über diesem Widerstand etwa 2,755 A * 0,568 oder etwa 1,56 V beträgt. Zwei Spannungsabfälle von 1,565 V hinterlassen 0,935 V an jeder Diode. Das heißt, CircuitLab wendete eine Exponentialformel an, um die Durchlassspannung zu bestimmen, die sich unter Berücksichtigung von R_S auf 0,935 V auflöste.

Was Ihre zweite Schaltung angeht, ist sie unlösbar, weil sie ungültig ist. Sie können ideale Spannungsquellen nicht parallel schalten, es sei denn, sie haben genau die gleiche Spannung. In diesem Fall ist es sinnlos, da sie einer einzelnen Spannungsquelle mit dieser Spannung entsprechen. Werden zwei ungleiche Spannungsquellen parallel geschaltet, schließen sie sich kurz: Ihre Differenzspannung steht einer Null-Ohm-Impedanz gegenüber. Ideale Spannungsquellen gibt es in der realen Welt nicht, aber Geräte, die versuchen, sich wie ideale Spannungsquellen zu verhalten, werden es auch nicht mögen, auf diese Weise miteinander verbunden zu werden.

Anhang: Anwendung der Shockley-Formel auf CircuitLab-Figuren .

Den Endstrom kennen wir bereits$I$beträgt 2,755 A, was zusammen mit dem Serienwiderstand R_S dem Benutzer sagt, dass der Spannungsabfall über der Diode etwa 0,935 betragen muss. Mal sehen, ob diese 0,935 auf den aktuellen Wert zurückgeht.$V_D$ist nur dieser Spannungsabfall. Der Wert$n$(Idealitätsfaktor) ist im Modell von CircuitLab für die Diode angegeben. Es ist 1,752. Nehmen wir 26 mV für an$V_T$, die thermische Spannung. Die$I_S$Wert ist ebenfalls angegeben: 2.92E-9.

Wenn wir die Zahlen zerkleinern, bekommen wir$I = 2.92\times10^{-9}\left(e^{0.935/\left(1.752\times0.026\right)}-1\right) = 2.397A$

Dies liegt im Bereich des aktuellen Werts von 2,755. Offensichtlich verwendet CircuitLab nicht diese Formel, sondern eine erweiterte Formel, bei der diese anderen Parameter der Diode ins Spiel kommen.