このダイオード回路を分析するには？

この簡単なダイオード回路を手作業で分析しようとしていますが、あまり遠くまで行けないようです。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

回路ラボを使用すると、両方のダイオードに電流が流れることは明らかです。これは概念的には理にかなっていますが、定電圧降下モデルを使用して分析しようとすると、解決できない回路になります。

^{この回路をシミュレート}

重ね合わせ、節点解析、KVLのみを使用しようとしましたが、この回路を解決する方法がわかりません。助けていただければ幸いです！

示されている回路は実行可能ではありません-または、次のことを行う必要がある場合は、2つのフェーズで回路を分析できます。

フェーズ1：

• 各1n4148ダイオードの定格は、連続200 mA、ピーク繰り返し電流450 mAです。
• 示されているように配線されている場合、電流が絶対最大定格を超える前に、各ダイオードは約1〜1.5ボルト低下します（データシートの図3）。
• 供給電圧は5ボルトなので、これは上記の最大3ボルトをはるかに超えるため、2つのダイオードの1つが焼損します。

フェーズ2.a：D2が燃え尽きて断線した場合：

• D2が開回路になったため、V _outに電圧はありません。
• 結果：V _out = 0ボルト

フェーズ2.b：D1が燃えて断線した場合：

• V _out = V1-V _D2 = 〜4.4ボルト

次に、D1またはD2がバーンアウトしてショートする可能性があります。その結果の分析は、あなたが行うために残されます:-)

CircuitLabは、ジャンクション温度が制限を超えて半導体が溶けるなどの影響をシミュレートしないため、回路を解決します。

ダイオードは一定の電圧降下ではありません。ダイオードを流れる電流は、指数方程式によって電圧に関連付けられます。この指数方程式は永遠に続きます。想像できる電圧であれば、電流を見つけることができます。実際には、方程式も実際の動作の理想化であるため、複数の方程式があります。気になる記事は、ダイオードモデリングのWikipediaの記事です。

DCシミュレーションで、ダイオード電流を表示する式を追加するのを忘れていました。これは、設計者が考慮しなければならない重要な量です。DCソルバーは、上部のダイオードを流れる電流が2.755Aであり、下部のダイオードを流れる電流が2.750Aであることを報告します（抵抗はその0.005を占めるため）。はい、ダイオードは2.5V低下していますが、非常に大きな電流が流れています。各ダイオードの消費電力は6.9Wです。1N4148のデータシートを調べて、実際の制限値を確認してみませんか？

おそらく回路は実現可能です。ただし、その場合は、ジャンクション温度を制限内に保つための極低温冷却メカニズムが必要です。そして、それが機能しても、結果はCircuitLabのDCソルバーと一致しない可能性があります。ダイオード間の電圧は、0と5のちょうど中間ではありません。

「不可能」な回路を解決する方法の1つは、ダイオードに小さな直列抵抗で近似されるバルク抵抗があると想像することです（その後、固定電圧降下として扱い続けます）。

これは物理的に正しくなく、ダイオードが破壊されるという現実を無視していますが、これはDCソルバーの結果を再現する1つの方法です。（650$m\Omega$ 数値は、700 mVの仮定を維持しながら、ほぼ同じ値になるように調整されています。）

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

ダイオードシンボルをダブルクリックすると、CircuitLabがダイオードの直列抵抗に使用する実際の値（パラメーターR_S）が0.568であることがわかります。 $\Omega$。上記より少し少ないということは、CircuitLabがPNジャンクションの両端で0.7より高い電圧を計算したことを意味します。0.568で行く場合、これはこの抵抗の両端の電圧降下（V = IR）が約2.755A * 0.568、つまり約1.56Vであることを意味します。1.565Vの2つの電圧降下により、各ダイオードの両端に0.935Vが残ります。すなわち、CircuitLabは、R_Sを考慮して0.935Vに解決される順方向電圧を決定するために、いくつかの指数式を適用しました。

2番目の回路に関する限り、無効であるため解決できません。理想的な電圧源を並列に接続することはできません。正確に同じ電圧でない場合、その電圧を持つ単一の電圧源と同等であるため、その場合は無意味です。2つの等しくない電圧源が並列接続されている場合、それらは互いに短絡します。それらの差電圧は、ゼロオームインピーダンスに直面しています。理想的な電圧源は現実には存在しませんが、理想的な電圧源のように動作しようとするデバイスは、そのように一緒に接続されることも好きではありません。

付録：CircuitLabの数値へのShockley式の適用。

私たちはすでに最終的な電流を知っています $I$は2.755 Aであり、これは直列抵抗R_Sと合わせて、ダイオード両端の電圧降下が約0.935でなければならないことを示しています。その0.935が現在に戻るかどうか見てみましょう。 $V_D$その電圧降下だけです。値$n$（理想係数）は、ダイオードのCircuitLabのモデルで指定されます。1.752です。のために26 mVを仮定しましょう$V_T$、熱電圧。の$I_S$ 値も表示されます：2.92E-9。

数値を計算すると、 $I = 2.92\times10^{-9}\left(e^{0.935/\left(1.752\times0.026\right)}-1\right) = 2.397A$

これは、現在の2.755の値の大枠です。もちろん、CircuitLabはこの式を使用していませんが、ダイオードの他のパラメーターが関係するより高度な式を使用しています。