Wie wird diese Diodenschaltung analysiert?

Ich versuche, diese einfache Diodenschaltung von Hand zu analysieren, aber ich kann nicht zu weit kommen.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Im Schaltungslabor ist es offensichtlich, dass Strom durch beide Dioden fließt, was für mich konzeptionell sinnvoll ist. Der Versuch, mit dem Modell des konstanten Spannungsabfalls zu analysieren, führt jedoch zu einer unlösbaren Schaltung.

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Ich habe versucht, Überlagerung, Knotenanalyse und nur KVL zu verwenden, aber ich kann anscheinend nicht herausfinden, wie diese Schaltung gelöst werden kann. Hilfe wäre sehr dankbar!

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

Phase 1:

• Jede 1n4148-Diode ist für einen kontinuierlichen Strom von 200 mA und einen sich wiederholenden Spitzenstrom von 450 mA ausgelegt.
• Bei Verdrahtung wie angegeben fällt jede Diode um ungefähr 1 bis 1,5 Volt ab ( Abb. 3 im Datenblatt ), bevor der Strom die absolute maximale Nennleistung überschreitet
• Da die Versorgungsspannung 5 Volt beträgt, überschreitet dies die oben angegebenen maximal 3 Volt bei weitem, sodass eine der beiden Dioden durchbrennt.

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

• An V _out 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 kurz werden. Diese resultierende Analyse bleibt Ihnen überlassen :-)

CircuitLab löst die Schaltung, da es keine Effekte wie Sperrschichttemperaturen simuliert, die über den Grenzwert hinausgehen, sodass Halbleiter schmelzen.

Eine Diode ist kein fester Spannungsabfall. Der Strom durch eine Diode wird durch eine Exponentialgleichung mit der Spannung in Beziehung gesetzt. Diese Exponentialgleichung bleibt für immer bestehen: Für jede vorstellbare Spannung können Sie einen Strom finden. Tatsächlich gibt es mehr als eine Gleichung, da selbst die Gleichungen Idealisierungen des realen Verhaltens sind. Eine gute Lektüre ist der Wikipedia-Artikel zur Diodenmodellierung.

In der DC-Simulation haben Sie vergessen, Ausdrücke zum Anzeigen des Diodenstroms hinzuzufügen, eine wichtige Größe, um die sich der Designer kümmern muss. Der Gleichstromlöser 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 benötigt). Ja, die Dioden fallen um 2,5 V ab, aber durch Ziehen eines sehr großen Stroms. Jede Diode verbraucht 6,9 W. Warum sehen Sie nicht im Datenblatt für den 1N4148 nach, wie hoch die tatsächlichen Grenzwerte sind?

Vielleicht ist die Schaltung realisierbar. In diesem Fall kann es jedoch nicht ohne einen kryogenen Kühlmechanismus sein, die Sperrschichttemperaturen in Grenzen zu halten! Und selbst wenn es funktioniert, stimmen die Ergebnisse wahrscheinlich nicht mit dem DC Solver von CircuitLab überein: Die Spannung zwischen den Dioden liegt nicht genau auf halbem Weg zwischen 0 und 5.

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 zu behandeln):

$m\Omega$

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

$\Omega$

Was Ihre zweite Schaltung betrifft, ist sie unlösbar, da sie ungültig ist. Sie können ideale Spannungsquellen nur dann parallel schalten, wenn sie genau die gleiche Spannung haben. In diesem Fall ist dies sinnlos, da sie einer einzelnen Spannungsquelle mit dieser Spannung entsprechen. Wenn zwei ungleiche Spannungsquellen parallel geschaltet sind, schließen sie sich gegenseitig kurz: Ihre Differenzspannung liegt einer Impedanz von Null Ohm gegenüber. Ideale Spannungsquellen gibt es in der realen Welt nicht, aber Geräte, die versuchen, sich wie ideale Spannungsquellen zu verhalten, werden auch nicht gerne auf diese Weise miteinander verbunden.

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

$I$$V_D$$n$$V_T$$I_S$

$I = 2.92\times10^{-9}\left(e^{0.935/\left(1.752\times0.026\right)}-1\right) = 2.397A$

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