Ein Diodenmodell muss zur Frage passen

Richtung allein reicht nicht

Eine Diode ist ein nichtlineares Zweipolbauteil. Durchlassstrom steigt stark mit Durchlassspannung; Sperrstrom ist vor dem Durchbruch gewöhnlich klein. Ideale Ein/Aus-Diode, Diode mit konstantem Durchlassspannungsabfall und exponentielle Diodengleichung beantworten unterschiedliche Detailgrade. Wählen Sie das einfachste Modell, das die Anforderung trägt, und geben Sie es ausdrücklich an.

Verwenden Sie in dieser Lektion bei eingeschalteter Diode konstanten Durchlassspannungsabfall 0.7 V. Dies ist ein angenommener Modellwert, keine universelle Siliziumspannung. Die tatsächliche Durchlassspannung hängt von Strom, Temperatur und Bauteilaufbau ab. LEDs und Schottkydioden verhalten sich anders, und Sperrdurchbruch darf nicht als gewöhnliches Sperren behandelt werden.

Beispiel zur Strombegrenzung

Eine 5-V-Quelle speist eine Diode in Durchlassrichtung über 1 kΩ. Bei angenommener leitender Diode mit 0.7 V fallen am Widerstand 4.3 V ab und der Strom ist 4.3 mA. Widerstandsverlustleistung ist $4.3^2/1000=18.49$ mW; Diodenverlustleistung ungefähr 3.01 mW. Die Quelle liefert 21.5 mW und entspricht damit ihrer Summe.

Kehren Sie die Diode in demselben angenommenen Modell um. Strom wird Null und Widerstandsspannungsabfall Null; die Diode übernimmt die Quellenspannung in Sperrrichtung. Ein physisches Bauteil hätte dennoch Leckstrom und eine Sperrspannungsgrenze. Unser Modell beweist nicht, dass eine beliebige Diode diesen Zustand verträgt.

Die Annahme nach der Lösung prüfen

Bei einer 0.5-V-Quelle ergibt (0.5 − 0.7)/1 kΩ negativen Durchlassstrom. Dies widerspricht dem angenommenen leitenden Zustand. Im Modell mit konstantem Spannungsabfall ist die Diode stattdessen aus. Reales exponentielles Verhalten ist weicher, daher kann unter 0.7 V ein kleiner physischer Durchlassstrom existieren.

Dokumentieren Sie für eine Begrenzungs- oder Freilaufschaltung Strompfad, Maximalstrom, umgesetzte Energie und Sperrspannung. Ein allgemeines Diodensymbol bestätigt diese Grenzen nicht. Verwenden Sie bei späterer SPICE-Arbeit ein benanntes Modell und vergleichen Sie dessen Arbeitspunkt mit dem Handmodell. Eine Abweichung kann unterschiedliche Modellannahmen statt eines Simulatorfehlers zeigen. Das Zahlenbeispiel verwendet bewusst niedrige Spannung und resistive Begrenzung, damit die Rechnung nachvollziehbar ist.