Làm thế nào để phân tích mạch diode này?

Tôi đang cố gắng phân tích mạch diode đơn giản này bằng tay, nhưng dường như tôi không thể đi quá xa.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Sử dụng phòng thí nghiệm mạch, rõ ràng là dòng điện sẽ chạy qua cả hai điốt, điều này có ý nghĩa với tôi về mặt khái niệm, tuy nhiên, khi cố gắng phân tích bằng mô hình Thả điện áp không đổi dẫn đến một mạch không thể giải quyết được.

^{mô phỏng mạch này}

Tôi đã cố gắng sử dụng sự chồng chất, phân tích nốt và chỉ KVL, nhưng dường như tôi không thể tìm ra cách giải quyết mạch này. Trợ giúp sẽ được đánh giá cao!

Mạch như được hiển thị là không khả thi - hoặc bạn có thể phân tích nó theo hai giai đoạn, nếu bạn phải:

Giai đoạn 1:

• Mỗi diode 1n4148 được đánh giá cho 200 mA liên tục, dòng lặp lại cực đại 450 mA.
• Khi được nối dây như được chỉ định, mỗi diode sẽ giảm khoảng 1 đến 1,5 Volts ( Hình 3 trong biểu dữ liệu ) trước khi dòng điện vượt quá định mức tối đa tuyệt đối
• Vì điện áp cung cấp là 5 Volts, điều này vượt xa mức 3 Volts đã nêu ở trên, do đó, một trong hai điốt sẽ bị cháy.

Giai đoạn 2.a: Nếu D2 cháy hết và trở thành mạch hở:

• Sẽ không có điện áp tại V _out vì bây giờ D2 là một mạch mở
• Kết quả: V _out = 0 Volts

Giai đoạn 2.b: Nếu D1 cháy hết và trở thành mạch hở:

• V _out = V1 - V _D2 = ~ 4.4 Volts

Sau đó, có khả năng D1 hoặc D2 bị đốt cháy trở nên ngắn. Phân tích kết quả còn lại để bạn thực hiện :-)

CircuitLab giải quyết mạch vì nó không mô phỏng các hiệu ứng như nhiệt độ tiếp giáp vượt quá giới hạn, do đó các chất bán dẫn tan chảy.

Một diode không phải là một sụt áp cố định. Dòng điện qua một diode có liên quan đến điện áp bằng một phương trình mũ. Phương trình hàm mũ đó diễn ra mãi mãi: với bất kỳ điện áp có thể tưởng tượng nào, bạn có thể tìm thấy một dòng điện. Trên thực tế, có nhiều hơn một phương trình bởi vì ngay cả các phương trình là lý tưởng hóa hành vi thực tế. Một thời gian đọc là bài viết Wikipedia mô hình diode.

Trong mô phỏng DC, bạn đã quên thêm các biểu thức để xem dòng diode, một đại lượng quan trọng mà người thiết kế phải quan tâm. Bộ giải DC báo cáo rằng dòng điện qua diode trên cùng là 2.755A và qua cái dưới cùng là 2.750A (vì điện trở mất 0,005 của nó). Vâng, các điốt đang giảm 2,5V, nhưng bằng cách vẽ một dòng điện rất lớn. Mỗi diode tiêu tan 6,9W. Tại sao bạn không tra cứu biểu dữ liệu cho 1N4148 để xem giới hạn thực tế là gì?

Có lẽ mạch là có thể thực hiện được. Tuy nhiên, nếu vậy, không thể không có một số cơ chế làm lạnh đông lạnh để giữ cho nhiệt độ tiếp giáp trong giới hạn! Và ngay cả khi nó hoạt động, kết quả có thể sẽ không đồng ý với Bộ giải DC của CircuitLab: điện áp giữa các điốt sẽ không chính xác giữa chừng 0 và 5.

Một cách bạn có thể giải quyết mạch "không thể" là bằng cách tưởng tượng rằng các điốt có điện trở lớn được xấp xỉ bởi một điện trở nối tiếp nhỏ (và sau đó tiếp tục coi chúng là điện áp cố định):

Điều này không đúng về mặt vật lý và vẫn bỏ qua thực tế rằng các điốt sẽ bị phá hủy, nhưng đó là một cách để tái tạo kết quả của Bộ giải DC. (Các số liệu 650 được nấu chín để làm cho nó có cùng giá trị, trong khi vẫn giữ giả định 700 mV.)$m\Omega$

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Nếu bạn nhấp đúp vào biểu tượng diode, bạn sẽ thấy rằng giá trị thực tế CircuitLab sử dụng cho điện trở loạt trong diode (tham số R_S) là 0,568 . Ít hơn một chút so với ở trên, điều đó có nghĩa là CircuitLab đã tính toán điện áp cao hơn trên đường giao nhau PN hơn 0,7. Nếu chúng ta đi với 0,568, điều đó có nghĩa là điện áp rơi (V = IR) trên điện trở này là khoảng 2.755A * 0.568, hoặc khoảng 1.56V. Hai giọt điện áp 1,565V để lại 0,935V trên mỗi diode. Tức là CircuitLab đã áp dụng một số công thức hàm mũ để xác định điện áp chuyển tiếp, giải quyết đến 0,935V khi xem xét với R_S.$\Omega$

Theo như mạch thứ hai của bạn, nó không thể giải quyết được vì nó không hợp lệ. Bạn không thể kết nối song song các nguồn điện áp lý tưởng trừ khi chúng có cùng một điện áp, trong trường hợp đó là vô nghĩa vì chúng tương đương với một nguồn điện áp duy nhất với điện áp đó. Nếu hai nguồn điện áp không bằng nhau song song thì chúng ngắn mạch với nhau: điện áp chênh lệch của chúng phải đối mặt với trở kháng bằng không ohm. Các nguồn điện áp lý tưởng không tồn tại trong thế giới thực, nhưng các thiết bị cố gắng hoạt động hơi giống các nguồn điện áp lý tưởng cũng sẽ không thích được kết nối với nhau theo cách đó.

Phụ lục: áp dụng công thức Shockley cho các số liệu CircuitLab .

Chúng ta đã biết dòng điện cuối cùng là 2.755 A, cùng với điện trở nối tiếp R_S cho biết sử dụng rằng điện áp rơi trên diode phải là khoảng 0,935. Hãy xem nếu 0.935 hoạt động trở lại hiện tại. chỉ là giảm điện áp. Giá trị (hệ số lý tưởng) được đưa ra trong mô hình của CircuitLab cho diode. Đó là 1,752. Giả sử 26 mV cho , điện áp nhiệt. Các giá trị cũng được đưa ra: 2.92E-9.V D N V T I $I$$V_D$$n$$V_T$$I_S$

Crunching các số, chúng tôi nhận được$I = 2.92\times10^{-9}\left(e^{0.935/\left(1.752\times0.026\right)}-1\right) = 2.397A$

Đây là trong sân bóng của giá trị hiện tại 2.755. Rõ ràng, CircuitLab không sử dụng công thức này, mà là một công thức tiên tiến hơn trong đó các tham số khác của diode đi vào hoạt động.