Comment analyser ce circuit de diodes?

J'essaie d'analyser ce simple circuit de diodes à la main, mais je n'arrive pas à aller trop loin.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

En utilisant le laboratoire de circuits, il est évident que le courant traversera les deux diodes, ce qui est logique pour moi conceptuellement, cependant, essayer d'analyser en utilisant le modèle de chute de tension constante entraîne un circuit insoluble.

^{simuler ce circuit}

J'ai essayé d'utiliser la superposition, l'analyse nodale et juste KVL, mais je n'arrive pas à comprendre comment résoudre ce circuit. De l'aide serait grandement appréciée!

Le circuit tel qu'illustré n'est pas viable - ou vous pouvez l'analyser en deux phases, si vous devez:

La phase 1:

• Chaque diode 1n4148 est conçue pour un courant continu répétitif de 200 mA et 450 mA.
• Lorsqu'elle est câblée comme indiqué, chaque diode chute d'environ 1 à 1,5 volt ( Fig.3 dans la fiche technique ) avant que le courant ne dépasse la valeur nominale absolue
• Comme la tension d'alimentation est de 5 volts, cela dépasse de loin les 3 volts maximum indiqués ci-dessus, donc l'une des deux diodes va griller.

Phase 2.a: Si D2 s'éteint et devient un circuit ouvert:

• Il n'y aura pas de tension à V _out car D2 est maintenant un circuit ouvert
• Résultat: V _out = 0 Volts

Phase 2.b: Si D1 s'éteint et devient un circuit ouvert:

• V _out = V1 - V _D2 = ~ 4,4 Volts

Il y a ensuite la possibilité que D1 ou D2 s'éteigne pour devenir court. Cette analyse qui en résulte vous reste à faire :-)

CircuitLab résout le circuit car il ne simule pas des effets tels que des températures de jonction dépassant la limite, de sorte que les semi-conducteurs fondent.

Une diode n'est pas une chute de tension fixe. Le courant à travers une diode est lié à la tension par une équation exponentielle. Cette équation exponentielle dure toujours: pour toute tension imaginable, vous pouvez trouver un courant. En fait, il y a plus d'une équation car même les équations sont des idéalisations du comportement réel. Une lecture intéressante est l'article Wikipedia sur la modélisation des diodes.

Dans la simulation DC, vous avez oublié d'ajouter des expressions pour visualiser le courant de diode, une quantité importante dont le concepteur doit se préoccuper. Le solveur DC signale que le courant à travers la diode supérieure est de 2,775 A et à travers celle du bas, 2,750 A (puisque la résistance en prend 0,005). Oui, les diodes chutent de 2,5 V, mais en attirant un très gros courant. Chaque diode dissipe 6,9W. Pourquoi ne cherchez-vous pas la fiche technique du 1N4148 pour voir quelles sont les limites réelles?

Peut-être que le circuit est réalisable. Cependant, si c'est le cas, il ne peut pas y avoir de mécanisme de refroidissement cryogénique pour maintenir les températures de jonction dans les limites! Et même si cela fonctionne, les résultats ne seront probablement pas en accord avec le solveur DC de CircuitLab: la tension entre les diodes ne sera pas exactement à mi-chemin entre 0 et 5.

Une façon de résoudre le circuit "impossible" consiste à imaginer que les diodes ont une résistance en vrac qui est approximée par une petite résistance en série (et continuent à les traiter comme une chute de tension fixe):

Ce n'est pas physiquement correct, et ignore toujours la réalité que les diodes seront détruites, mais c'est une façon de reproduire les résultats du solveur DC. (Le 650$m\Omega$ les chiffres sont concoctés pour qu'il fonctionne à peu près aux mêmes valeurs, tout en conservant l'hypothèse de 700 mV.)

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Si vous double-cliquez sur le symbole de la diode, vous verrez que la valeur réelle utilisée par CircuitLab pour une résistance série dans la diode (paramètre R_S) est 0,568 $\Omega$. Un peu moins que ci-dessus, ce qui signifie que CircuitLab a calculé une tension plus élevée à travers la jonction PN que 0,7. Si nous optons pour 0,568, cela signifie que la chute de tension (V = IR) à travers cette résistance est d'environ 2,775 A * 0,568, soit environ 1,56 V. Deux chutes de tension de 1,565 V laissent 0,935 V aux bornes de chaque diode. Ie CircuitLab a appliqué une formule exponentielle pour déterminer la tension directe, qui s'est résolue à 0,935 V en considération avec R_S.

En ce qui concerne votre deuxième circuit, il est insoluble car il n'est pas valide. Vous ne pouvez pas connecter des sources de tension idéales en parallèle, sauf si elles ont exactement la même tension, auquel cas elle est inutile car elles sont équivalentes à une seule source de tension avec cette tension. Si deux sources de tension inégales sont mises en parallèle, elles se court-circuitent: leur tension différentielle fait face à une impédance nulle. Les sources de tension idéales n'existent pas dans le monde réel, mais les appareils qui essaient de se comporter un peu comme des sources de tension idéales n'aimeront pas non plus être connectés ensemble de cette façon.

Annexe: application de la formule de Shockley aux figures de CircuitLab .

Nous connaissons déjà le courant final $I$est de 2,775 A, ce qui, avec la résistance série R_S, indique que la chute de tension aux bornes de la diode doit être d'environ 0,935. Voyons voir si ce 0,935 revient au courant. $V_D$est juste cette chute de tension. La valeur$n$(facteur d'idéalité) est donné dans le modèle de CircuitLab pour la diode. C'est 1,752. Supposons 26 mV pour$V_T$, la tension thermique. le$I_S$ une valeur est également donnée: 2,92E-9.

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

C'est dans la fourchette de la valeur actuelle de 2,775. De toute évidence, CircuitLab n'utilise pas cette formule, mais une formule plus avancée dans laquelle ces autres paramètres de la diode entrent en jeu.