Come analizzare questo circuito a diodi?

Sto cercando di analizzare questo semplice circuito a diodi a mano, ma non riesco ad andare troppo lontano.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Usando il circuito di laboratorio, è evidente che la corrente fluirà attraverso entrambi i diodi, il che per me ha senso concettualmente, tuttavia, il tentativo di analizzare usando il modello di caduta di tensione costante provoca un circuito irrisolvibile.

^{simula questo circuito}

Ho provato a usare la sovrapposizione, l'analisi nodale e solo KVL, ma non riesco a capire come risolvere questo circuito. L'aiuto sarebbe molto apprezzato!

Il circuito come mostrato non è praticabile - oppure potresti analizzarlo in due fasi, se devi:

Fase 1:

• Ogni diodo 1n4148 è valutato per 200 mA continui, 450 mA di corrente ripetitiva di picco.
• Se cablato come indicato, ciascun diodo scenderà da 1 a 1,5 Volt circa ( Fig.3 nel foglio dati ) prima che la corrente superi il valore massimo assoluto
• Poiché la tensione di alimentazione è di 5 Volt, questo supera di gran lunga i 3 Volt sopra indicati, quindi uno dei due diodi si brucerà.

Fase 2.a: se D2 si brucia e diventa un circuito aperto:

• Non ci sarà tensione a V _in quanto D2 è ora un circuito aperto
• Risultato: V _out = 0 Volt

Fase 2.b: se D1 si brucia e diventa un circuito aperto:

• V _out = V1 - V _D2 = ~ 4.4 Volt

Quindi ci sono le possibilità che D1 o D2 si esauriscano per diventare brevi. Quell'analisi risultante ti resta da fare :-)

CircuitLab risolve il circuito perché non simula effetti come temperature di giunzione che superano il limite, in modo che i semiconduttori si sciolgano.

Un diodo non è una caduta di tensione fissa. La corrente attraverso un diodo è correlata alla tensione mediante un'equazione esponenziale. Quell'equazione esponenziale continua per sempre: per qualsiasi tensione immaginabile, puoi trovare una corrente. In realtà, esiste più di un'equazione perché anche le equazioni sono idealizzazioni del comportamento reale. Una lettura degna di nota è l'articolo di Wikipedia sulla modellazione dei diodi.

Nella simulazione DC, hai dimenticato di aggiungere espressioni per visualizzare la corrente del diodo, una quantità importante di cui il progettista deve preoccuparsi. Il solutore DC riporta che la corrente attraverso il diodo superiore è 2.755A e attraverso quella inferiore, 2.750A (poiché il resistore ne prende 0,005). Sì, i diodi scendono di 2,5 V, ma assorbendo una corrente molto grande. Ogni diodo dissipa 6,9 W. Perché non cercare il foglio dati per 1N4148 per vedere quali sono i limiti effettivi?

Forse il circuito è realizzabile. Tuttavia, in tal caso, non può essere senza un meccanismo di raffreddamento criogenico per mantenere le temperature di giunzione entro i limiti! E anche se funziona, i risultati probabilmente non saranno d'accordo con il risolutore CC di CircuitLab: la tensione tra i diodi non sarà esattamente a metà tra 0 e 5.

Un modo per risolvere il circuito "impossibile" è immaginare che i diodi abbiano una resistenza di massa che viene approssimata da un resistore in serie minuscola (e quindi continuano a trattarli come una caduta di tensione fissa):

Questo non è fisicamente corretto e ignora ancora la realtà che i diodi verranno distrutti, ma è un modo per riprodurre i risultati del Risolutore DC. (Il 650$m\Omega$ le cifre vengono elaborate per farlo funzionare con gli stessi valori, pur mantenendo il presupposto di 700 mV.)

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Se fai doppio clic sul simbolo del diodo, vedrai che il valore effettivo utilizzato da CircuitLab per una resistenza in serie nel diodo (parametro R_S) è 0,568 . Un po 'meno di quanto sopra, il che significa che CircuitLab ha calcolato una tensione superiore attraverso la giunzione PN di 0,7. Se andiamo con 0,568, significa che la caduta di tensione (V = IR) attraverso questa resistenza è di circa 2,775 A * 0,568 o di circa 1,56 V. Due cadute di tensione di 1,565 V lasciano 0,935 V attraverso ciascun diodo. Vale a dire CircuitLab ha applicato una formula esponenziale per determinare la tensione diretta, che si è risolta a 0,935 V in considerazione con R_S.$\Omega$

Per quanto riguarda il tuo secondo circuito, è irrisolvibile perché non è valido. Non è possibile collegare in parallelo le sorgenti di tensione ideali a meno che non abbiano esattamente la stessa tensione, nel qual caso è inutile perché sono equivalenti a una singola sorgente di tensione con quella tensione. Se due sorgenti di tensione disuguali sono messe in parallelo, si cortocircuitano a vicenda: la loro differenza di tensione è di impedenza zero ohm. Le fonti di tensione ideali non esistono nel mondo reale, ma i dispositivi che provano a comportarsi in qualche modo come fonti di tensione ideali non apprezzeranno neanche essere collegati insieme in quel modo.

Appendice: applicazione della formula Shockley alle figure di CircuitLab .

Sappiamo già che la corrente finale è 2.755 A, che insieme alla resistenza in serie R_S dice che la caduta di tensione attraverso il diodo deve essere di circa 0,935. Vediamo se quel 0.935 torna alla corrente. è proprio la caduta di tensione. Il valore (fattore di idealità) è indicato nel modello di CircuitLab per il diodo. È 1.752. Supponiamo che 26 mV per , la tensione termica. valore è dato anche: 2.92E-9.$I$$V_D$$n$$V_T$$I_S$

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

Questo è nel campo di baseball del valore corrente 2.755. Ovviamente, CircuitLab non utilizza questa formula, ma una formula più avanzata in cui entrano in gioco quegli altri parametri del diodo.