[Elettronica] Giunzione pn e circuiti a diodi
Buongiorno, dovrei risolvere l'esercizio in foto, ovvero calcolare le correnti che scorrono nei diodi. Cerco di esporre un mio ragionamento con qualche dubbio che vorrei risolvere, visto che a breve ho un esame da sostenere.
Per risolvere il problema, dobbiamo fare delle considerazioni sui diodi; le mie sono state le seguenti:
1) Il diodo Zener ci viene dato con una tensione di soglia di 0.6 V in conduzione e una tensione di Zener 1.7 V quando è in conduzione inversa. Il diodi Zener nel nostro caso è polarizzato in modo inverso (giusto?) e quindi si comporta come una sorgente di tensione di 1,7 V.
2) Il diodo D1 si trova connesso direttamente con la tensione V2 quindi polarizzato in modo diretto e quindi si comporta come una caduta di tensione di 0.6 V (giusto?)
Fatte queste considerazioni , potrei sostituire il diodo Zener con un generatore di tensione da 1,7 V; il diodi D1 con un generatore di tensione da 0,6 V; procedere a risolvere l'esercizio con uno dei metodi delle risoluzione delle reti.
Le mie considerazioni fatte, sono corrette?
Risposte
Si, mi sembra tutto corretto.
"Dreams79":
... Il diodi Zener nel nostro caso è polarizzato in modo inverso ...il diodo D1 si trova polarizzato in modo diretto ...
Certo, ma devi spiegare perché, e comunque la suddetta polarizzazione non comporta direttamente la conduzione inversa e diretta, che è anche questa da dimostrare.
Fatto ciò non serve nessun particolare metodo risolutivo per la rete, basta la legge di Ohm.
Come dovrei dimostrarlo? Ho questa idea, ma non so se come dimostrazione è corretta:
D1 : Il diodo standard è connesso direttamente alla tensione positiva V2 (10 V), e il suo altro terminale è collegato a terra attraverso le resistenze R2 e R3. Questo significa che il lato p (anodo) del diodo è più positivo rispetto al lato n (catodo), pertanto il diodo è polarizzato in direzione diretta.
Dz : Il diodo Zener è disegnato per essere utilizzato anche in polarizzazione inversa. È connesso con il suo catodo alla tensione positiva V1 (10 V) e con l'anodo a terra attraverso R1. In condizioni normali, il diodo Zener non conduce quando è polarizzato inversamente; tuttavia, quando la tensione inversa applicata supera una certa soglia, nota come tensione Zener, il diodo inizia a condurre senza danneggiarsi. Nel nostro caso, la tensione Zener è di 1.7 V, che è inferiore alla tensione di alimentazione di 10 V. Pertanto, il diodo Zener è polarizzato inversamente e si trova nella regione di breakdown, dove mantiene una tensione quasi costante di 1.7 V ai suoi capi.
D1 : Il diodo standard è connesso direttamente alla tensione positiva V2 (10 V), e il suo altro terminale è collegato a terra attraverso le resistenze R2 e R3. Questo significa che il lato p (anodo) del diodo è più positivo rispetto al lato n (catodo), pertanto il diodo è polarizzato in direzione diretta.
Dz : Il diodo Zener è disegnato per essere utilizzato anche in polarizzazione inversa. È connesso con il suo catodo alla tensione positiva V1 (10 V) e con l'anodo a terra attraverso R1. In condizioni normali, il diodo Zener non conduce quando è polarizzato inversamente; tuttavia, quando la tensione inversa applicata supera una certa soglia, nota come tensione Zener, il diodo inizia a condurre senza danneggiarsi. Nel nostro caso, la tensione Zener è di 1.7 V, che è inferiore alla tensione di alimentazione di 10 V. Pertanto, il diodo Zener è polarizzato inversamente e si trova nella regione di breakdown, dove mantiene una tensione quasi costante di 1.7 V ai suoi capi.
Provaci tu prima. 
Dimostrare che il diodo Zener è polarizzato in modo inverso e il diodo D1 si trova polarizzato in modo diretto è semplice in quanto, una rete forzata in certi suoi punti con dei potenziali costanti Vi (in questo caso +10V, +10V, 0V), in ogni suo punto il potenziale V sarà compreso fra il valore massimo e il valore minimo degli stessi, in questo caso $0 \le V \le 10 $, ne segue che catodo di Dz e anodo di D1 saranno di certo positivi.
Per quanto riguarda invece la condizione di conduzione o di interdizione, in generale, per una rete con n diodi, sarebbe necessario analizzare tutte le possibili $2^n$ combinazioni di ON OFF per gli stessi, per verificare la compatibilità circuitale delle relative tensioni e correnti, poi chiaramente l'intuito e l'esperienza porterà questa analisi a partire da casi particolari. In questo caso, come hai intuito tu, da quella ON (inversa) per Dz e ON per D1, e l'ipotesi è confermata dal fatto che: la corrente I1 (verso destra) in R1 è superiore alla corrente I2 (verso destra) in R2 e la corrente I3 (verso il basso) in R3 è positiva; ne segue che in Dz circolerà (verso il basso) una Iz=I1-I2>0 e in D1 circolerà (verso il basso)una Id=I2+I3>0. Verifica positiva
Se però i parametri della rete fossero stati diversi [nota]Per esempio: uno Zener con Vz=9V, oppure una R2=100 ohm.[/nota] la verifica poteva portare a scartare quella ipotesi.
Per quanto riguarda invece la condizione di conduzione o di interdizione, in generale, per una rete con n diodi, sarebbe necessario analizzare tutte le possibili $2^n$ combinazioni di ON OFF per gli stessi, per verificare la compatibilità circuitale delle relative tensioni e correnti, poi chiaramente l'intuito e l'esperienza porterà questa analisi a partire da casi particolari. In questo caso, come hai intuito tu, da quella ON (inversa) per Dz e ON per D1, e l'ipotesi è confermata dal fatto che: la corrente I1 (verso destra) in R1 è superiore alla corrente I2 (verso destra) in R2 e la corrente I3 (verso il basso) in R3 è positiva; ne segue che in Dz circolerà (verso il basso) una Iz=I1-I2>0 e in D1 circolerà (verso il basso)una Id=I2+I3>0. Verifica positiva
Se però i parametri della rete fossero stati diversi [nota]Per esempio: uno Zener con Vz=9V, oppure una R2=100 ohm.[/nota] la verifica poteva portare a scartare quella ipotesi.
Buongiorno, intanto grazie per la risposto e chiedo scusa se non ho ringraziato prima. Comunque posto un attimo il circuito equivalente che ho disegnato con i calcoli che ho fatto.
A questo punto ho svolto i seguenti calcoli:
V1-I1*R1-VBD=0 dalla quale mi sono calcolato I1;
V2-I3*R3-Vy=0 dalla quale mi sono calcolato I3;
Poi
I2=I1-I3
Ed infine
Id2=I1;
Id1=I3;
Il docente mi ha risposto in questo modo senza darmi delle delucidazioni:
"Attenzione al verso indicato per D2 in conduzione
Per la corrente in R2 deve valutare la DDP ai suoi capi. L'applicazione del primo principio di Kirchhoff è errata poiché R2 non è un nodo"
Chiedo quindi a voi un aiuto nel capire dove ho sbagliato. Grazie in Anticipo
A questo punto ho svolto i seguenti calcoli:
V1-I1*R1-VBD=0 dalla quale mi sono calcolato I1;
V2-I3*R3-Vy=0 dalla quale mi sono calcolato I3;
Poi
I2=I1-I3
Ed infine
Id2=I1;
Id1=I3;
Il docente mi ha risposto in questo modo senza darmi delle delucidazioni:
"Attenzione al verso indicato per D2 in conduzione
Per la corrente in R2 deve valutare la DDP ai suoi capi. L'applicazione del primo principio di Kirchhoff è errata poiché R2 non è un nodo"
Chiedo quindi a voi un aiuto nel capire dove ho sbagliato. Grazie in Anticipo
Nel leggere il tuo post, direi che non hai letto la mia ultima risposta.
Ad ogni modo, per capire i tuoi errori, ti suggerisco di indicare tutti i versi che hai assunto per le diverse correnti sul circuito che hai disegnato, ... nel quale il generatore che rappresenta la $\V_\gamma$ (se in conduzione) va invertito (anche se nella KVL destra lo hai considerato con il verso corretto).
Questa non l'ho capita; come potrebbe un resistore essere un "nodo"
Ad ogni modo, per capire i tuoi errori, ti suggerisco di indicare tutti i versi che hai assunto per le diverse correnti sul circuito che hai disegnato, ... nel quale il generatore che rappresenta la $\V_\gamma$ (se in conduzione) va invertito (anche se nella KVL destra lo hai considerato con il verso corretto).
"Dreams79":
... L'applicazione del primo principio di Kirchhoff è errata poiché R2 non è un nodo" ...
Questa non l'ho capita; come potrebbe un resistore essere un "nodo"
Giusto per ripetere quanto già scritto in precedenza
Una volta invertito il generatore che rappresenta $V_\gamma$, le due KVL che hai scritto sono corrette, ma ne manca una.
Se con I2 intendi indicare la corrente in R2, no!
Se con Id2 e Id1 intendi indicare le correnti nei due diodi, ovviamente no!
E io te lo ho ridetto; quel generatore $V_\gamma$, va "girato"
Come già detto, quella corrente la puoi ottenere dalla KVL mancante, ottenibile per es. dall'anello centrale; sostanzialmente la tensione su R2 la ottieni da una semplice differenza fra i potenziali già noti dei suoi due morsetti.
Riassumendo: in quel circuito hai 3 KVL e 2 KCL, ovvero 5 equazioni indipendenti.
"Dreams79":
...
V1-I1*R1-VBD=0 dalla quale mi sono calcolato I1;
V2-I3*R3-Vy=0 dalla quale mi sono calcolato I3; ...
Una volta invertito il generatore che rappresenta $V_\gamma$, le due KVL che hai scritto sono corrette, ma ne manca una.
"Dreams79":
... Poi
I2=I1-I3
Se con I2 intendi indicare la corrente in R2, no!
"Dreams79":
...Ed infine
Id2=I1;
Id1=I3;
Se con Id2 e Id1 intendi indicare le correnti nei due diodi, ovviamente no!
"Dreams79":
... Il docente mi ha risposto in questo modo senza darmi delle delucidazioni:
"Attenzione al verso indicato per D2 in conduzione ...
E io te lo ho ridetto; quel generatore $V_\gamma$, va "girato"
"Dreams79":
... Per la corrente in R2 deve valutare la DDP ai suoi capi ...
Come già detto, quella corrente la puoi ottenere dalla KVL mancante, ottenibile per es. dall'anello centrale; sostanzialmente la tensione su R2 la ottieni da una semplice differenza fra i potenziali già noti dei suoi due morsetti.
Riassumendo: in quel circuito hai 3 KVL e 2 KCL, ovvero 5 equazioni indipendenti.
Capito...a parte che il generatore Vγ va girato, c'è qualche altro errore?
"Dreams79":
... a parte che il generatore Vγ va girato, ...
Strana domanda per chi sta già affrontando l'analisi di circuiti con diodi, ad ogni modo, per modellare un diodo reale ci sono diversi possibili livelli di complessità, ma quando si vuole tenere conto solo della caduta di tensione diretta è il seguente, ovvero rappresentarlo con un circuito equivalente costituito dalla serie di un diodo ideale con un generatore di tensione
"Dreams79":
... c'è qualche altro errore?
Direi che ce n'erano già abbastanza, non credi?
Ehm si, abbastanza errori direi.
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