Bagaimana cara menganalisis rangkaian dioda ini?

Saya mencoba menganalisis rangkaian dioda sederhana ini dengan tangan, tetapi sepertinya saya tidak bisa melangkah terlalu jauh.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Menggunakan lab sirkuit, terbukti bahwa arus akan mengalir melalui kedua dioda, yang masuk akal bagi saya secara konseptual, namun, mencoba menganalisis menggunakan model Constant Voltage Drop menghasilkan rangkaian yang tidak dapat diselesaikan.

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Saya telah mencoba menggunakan superposisi, analisis nodal, dan hanya KVL, tetapi sepertinya saya tidak tahu bagaimana menyelesaikan rangkaian ini. Bantuan akan sangat dihargai!

Sirkuit seperti yang ditunjukkan tidak layak - atau Anda dapat menganalisisnya dalam dua fase, jika Anda harus:

Fase 1:

• Setiap dioda 1n4148 diberi peringkat untuk 200 mA kontinyu, arus berulang puncak puncak 450 mA.
• Ketika kabel seperti yang ditunjukkan, setiap dioda akan turun sekitar 1 hingga 1,5 Volts ( Gbr.3 dalam datasheet ) sebelum arus melebihi nilai maksimum absolut
• Karena tegangan suplai 5 Volts, ini jauh melebihi maksimum 3 Volts yang disebutkan di atas, sehingga salah satu dari dua dioda akan terbakar.

Fase 2.a: Jika D2 terbakar dan menjadi sirkuit terbuka:

• Tidak akan ada tegangan pada V _keluar sebagai D2 sekarang rangkaian terbuka
• Hasil: V _out = 0 Volts

Fase 2.b: Jika D1 terbakar dan menjadi sirkuit terbuka:

• V _out = V1 - V _D2 = ~ 4,4 Volts

Lalu ada kemungkinan D1 atau D2 terbakar menjadi pendek. Analisis yang dihasilkan itu tersisa untuk Anda lakukan :-)

CircuitLab memecahkan rangkaian karena tidak mensimulasikan efek seperti suhu persimpangan yang melampaui batas, sehingga semikonduktor meleleh.

Dioda bukanlah penurunan tegangan tetap. Arus melalui dioda terkait dengan tegangan oleh persamaan eksponensial. Persamaan eksponensial itu berlangsung selamanya: untuk tegangan apa pun yang dapat Anda bayangkan, Anda dapat menemukan arus. Sebenarnya, ada lebih dari satu persamaan karena bahkan persamaan adalah idealisasi dari perilaku nyata. Sebuah membaca sementara adalah pemodelan dioda artikel Wikipedia.

Dalam simulasi DC, Anda lupa menambahkan ekspresi untuk melihat arus dioda, jumlah penting yang harus diperhatikan perancang. DC solver melaporkan bahwa arus melalui dioda atas adalah 2,755A, dan melalui yang di bawah, 2,750A (karena resistor mengambil 0,005 dari itu). Ya, dioda menjatuhkan 2.5V, tetapi dengan cara menggambar arus yang sangat besar. Setiap dioda menghilang 6.9W. Mengapa Anda tidak mencari datasheet untuk 1N4148 untuk melihat berapa batas sebenarnya?

Mungkin sirkuit itu bisa direalisasikan. Namun, jika demikian, tidak mungkin tanpa mekanisme pendinginan kriogenik untuk menjaga suhu persimpangan dalam batas! Dan bahkan jika itu bekerja, hasilnya kemungkinan tidak akan setuju dengan Solver DC CircuitLab: tegangan antara dioda tidak akan persis setengah antara 0 dan 5.

Salah satu cara Anda dapat memecahkan rangkaian "tidak mungkin" adalah dengan membayangkan bahwa dioda memiliki resistansi curah yang diperkirakan oleh resistor seri kecil (dan kemudian terus memperlakukannya sebagai penurunan tegangan tetap):

Ini tidak benar secara fisik, dan masih mengabaikan kenyataan bahwa dioda akan dihancurkan, tetapi itu adalah salah satu cara untuk mereproduksi hasil dari DC Solver. (650 orang$m\Omega$ angka dibuat untuk membuatnya bekerja dengan nilai yang hampir sama, sambil mempertahankan asumsi 700 mV.)

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Jika Anda mengklik dua kali pada simbol dioda, Anda akan melihat bahwa nilai aktual yang digunakan CircuitLab untuk resistansi seri dalam dioda (parameter R_S) adalah 0,568 $\Omega$. Sedikit kurang dari di atas, yang berarti bahwa CircuitLab menghitung tegangan yang lebih tinggi di persimpangan PN dari 0,7. Jika kita menggunakan 0,568, itu berarti bahwa drop tegangan (V = IR) pada resistansi ini adalah sekitar 2,755A * 0,568, atau sekitar 1,56V. Dua tetes tegangan 1,565V menyisakan 0,935V di setiap dioda. Yaitu CircuitLab menerapkan beberapa rumus eksponensial untuk menentukan tegangan maju, yang diselesaikan menjadi 0,935V dengan mempertimbangkan R_S.

Sejauh sirkuit kedua Anda berjalan, itu tidak dapat diselesaikan karena tidak valid. Anda tidak dapat menghubungkan sumber tegangan ideal secara paralel kecuali mereka memiliki tegangan yang sama persis, dalam hal ini tidak ada gunanya karena mereka setara dengan sumber tegangan tunggal dengan tegangan itu. Jika dua sumber tegangan yang tidak sama diparalelkan, mereka mengalami hubungan arus pendek satu sama lain: tegangan perbedaannya menghadapi impedansi nol ohm. Sumber tegangan ideal tidak ada di dunia nyata tetapi perangkat yang mencoba berperilaku seperti sumber tegangan ideal juga tidak akan suka dihubungkan bersama.

Lampiran: aplikasi formula Shockley untuk angka CircuitLab .

Kita sudah tahu arus akhir $I$adalah 2.755 A, yang bersama-sama dengan resistansi seri R_S mengatakan bahwa penurunan tegangan dioda harus sekitar 0,935. Mari kita lihat apakah 0,935 berhasil kembali ke saat ini. $V_D$hanya penurunan tegangan. Nilai$n$(faktor idealitas) diberikan dalam model CircuitLab untuk dioda. Ini adalah 1,752. Mari kita asumsikan 26 mV untuk$V_T$, tegangan termal. Itu$I_S$ nilai juga diberikan: 2.92E-9.

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

Ini berada di stadion baseball dari nilai 2,755 saat ini. Jelas, CircuitLab tidak menggunakan rumus ini, tetapi formula yang lebih maju di mana parameter-parameter lain dari dioda ikut bermain.