¿Cómo analizar este circuito de diodos?

Estoy tratando de analizar este sencillo circuito de diodos a mano, pero parece que no puedo llegar demasiado lejos.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Al usar el laboratorio de circuitos, es evidente que la corriente fluirá a través de ambos diodos, lo que tiene sentido para mí conceptualmente, sin embargo, tratar de analizar usando el modelo de caída de voltaje constante da como resultado un circuito sin solución.

^{simular este circuito}

He tratado de usar superposición, análisis nodal y solo KVL, pero parece que no puedo entender cómo resolver este circuito. ¡La ayuda sería muy apreciada!

El circuito como se muestra no es viable, o puede analizarlo en dos fases, si debe:

Fase 1:

• Cada diodo 1n4148 está clasificado para 200 mA continuos, 450 mA de corriente repetitiva máxima.
• Cuando se cablea como se indica, cada diodo caerá aproximadamente de 1 a 1.5 voltios ( Fig.3 en la hoja de datos ) antes de que la corriente exceda la clasificación máxima absoluta
• Como el voltaje de suministro es de 5 voltios, esto supera con creces los 3 voltios máximos mencionados anteriormente, por lo que uno de los dos diodos se quemará.

Fase 2.a: Si D2 se quema y se convierte en un circuito abierto:

• No habrá voltaje en V _{a cabo} como D2 es ahora un circuito abierto
• Resultado: V _out = 0 voltios

Fase 2.b: si D1 se quema y se convierte en un circuito abierto:

• V _out = V1 - V _D2 = ~ 4.4 voltios

Luego están las posibilidades de que D1 o D2 se quemen para acortarse. Queda por hacer el análisis resultante :-)

CircuitLab resuelve el circuito porque no simula efectos como temperaturas de unión que exceden el límite, por lo que los semiconductores se derriten.

Un diodo no es una caída de voltaje fija. La corriente a través de un diodo está relacionada con el voltaje mediante una ecuación exponencial. Esa ecuación exponencial continúa para siempre: para cualquier voltaje imaginable, puedes encontrar una corriente. En realidad, hay más de una ecuación porque incluso las ecuaciones son idealizaciones del comportamiento real. Una lectura útil es el artículo de Wikipedia sobre modelado de diodos.

En la simulación DC, olvidó agregar expresiones para ver la corriente del diodo, una cantidad importante que debe preocupar al diseñador. El solucionador de CC informa que la corriente a través del diodo superior es 2.755A, y a través del inferior, 2.750A (ya que la resistencia toma 0.005 de ella). Sí, los diodos están cayendo 2.5V, pero mediante una corriente muy grande. Cada diodo disipa 6.9W. ¿Por qué no busca la hoja de datos del 1N4148 para ver cuáles son los límites reales?

Quizás el circuito sea realizable. Sin embargo, si es así, no puede ser sin algún mecanismo de enfriamiento criogénico para mantener las temperaturas de la unión dentro de los límites. E incluso si funciona, los resultados probablemente no estarán de acuerdo con el DC Solver de CircuitLab: el voltaje entre los diodos no será exactamente a mitad de camino entre 0 y 5.

Una forma de resolver el circuito "imposible" es imaginando que los diodos tienen una resistencia en masa que se aproxima a una resistencia en serie pequeña (y luego continúan tratándolos como una caída de voltaje fija):

Esto no es físicamente correcto y aún ignora la realidad de que los diodos serán destruidos, pero es una forma de reproducir los resultados del DC Solver. (El 650$m\Omega$ las cifras se elaboran para que funcione con los mismos valores, mientras se mantiene el supuesto de 700 mV).

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Si hace doble clic en el símbolo del diodo, verá que el valor real que usa CircuitLab para una resistencia en serie en el diodo (parámetro R_S) es 0.568 $\Omega$. Un poco menos que arriba, lo que significa que CircuitLab calculó un voltaje más alto en la unión PN que 0.7. Si vamos con 0.568, significa que la caída de voltaje (V = IR) a través de esta resistencia es aproximadamente 2.755A * 0.568, o aproximadamente 1.56V. Dos caídas de voltaje de 1.565V dejan 0.935V en cada diodo. Es decir, CircuitLab aplicó una fórmula exponencial para determinar el voltaje directo, que se resolvió a 0.935V en consideración con R_S.

En cuanto a su segundo circuito, no se puede resolver porque no es válido. No puede conectar fuentes de voltaje ideales en paralelo a menos que tengan exactamente el mismo voltaje, en cuyo caso no tiene sentido porque son equivalentes a una sola fuente de voltaje con ese voltaje. Si dos fuentes de voltaje desiguales están en paralelo, se cortocircuitan entre sí: su voltaje de diferencia enfrenta una impedancia de cero ohmios. Las fuentes de voltaje ideales no existen en el mundo real, pero a los dispositivos que intentan comportarse de manera similar a las fuentes de voltaje ideales tampoco les gustará estar conectados de esa manera.

Apéndice: aplicación de la fórmula de Shockley a las figuras de CircuitLab .

Ya sabemos la corriente final $I$es 2.755 A, que junto con la resistencia en serie R_S indica que la caída de voltaje a través del diodo debe ser de aproximadamente 0.935. Veamos si ese 0.935 funciona de nuevo a la corriente. $V_D$es solo esa caída de voltaje. El valor$n$(factor de idealidad) se da en el modelo de CircuitLab para el diodo. Es 1.752. Supongamos 26 mV para$V_T$, el voltaje térmico. los$I_S$ el valor también se da: 2.92E-9.

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

Esto está en el estadio del valor actual de 2.755. Obviamente, CircuitLab no está usando esta fórmula, sino una fórmula más avanzada en la que esos otros parámetros del diodo entran en juego.