24. Juni 2014 Elektronik 1 Martin Weisenhorn Übungsserie 5: Diode Aufgabe 1. Ideale Dioden Nehmen sie für die folgenden Schaltungen an, dass die Dioden ideal sind. Berechnen Sie jeweils die Spannung V sowie den Strom I. Abbildung 1: Ideale Dioden. Aufgabe 2. Angenommen, der Strom I in Schaltung (a) aus Abb. 2 sei gleich 2 ma unter der Annahme einer realen Diode mit exponentieller Kennlinie, mit den Parametern T = 300 K, I S = 10 na und n = 1.2. Der Widerstandswert sei nun nicht mehr gleich 2.5 kω sondern unbekannt. a) Berechnen Sie die Spannung V D an der Diode die sich aufgrund der Diodenkennlinie ergibt. b) Wie gross muss der Widerstand sein?
Übungsserie 5: Diode, Elektronik 1 2 Aufgabe 3. Mehrere ideale Dioden Nehmen sie für die folgenden Schaltungen an, dass die Dioden ideal sind. Berechnen Sie jeweils die Spannung V sowie den Strom I. Abbildung 2: Netzwerk mit idealen Dioden. Aufgabe 4. Bestimmen Sie erneut für die Schaltungen in Abb. 2 die Spannung V und den Strom I unter der Annahme, dass die Diode nun nicht mehr Ideal ist, sondern dem Konstantspannungsmodell mit V D = 0.7 V entsprechen. Das Konstantspannungsmodell ist Abb. 3 verdeutlicht, es berücksichtigt, dass eine Diode erst ab einer bestimmten Schwellspannung leitend wird die zwischen Anode und Kathode anliegt. Abbildung 3: Konstantspannungsmodell für Dioden. Aufgabe 5. Diodenschaltung mit zwei Quellen, schwierig Gegeben ist die folgende Schaltung mit den beiden ideal Dioden D 1 und D 2.
Übungsserie 5: Diode, Elektronik 1 3 +5 V +10 V 10 kω 10 kω I 1 I 2 D 1 D 2 I 3 5 kω a) Welche Diode ist bzw. welche Dioden sind leitend? b) Berechnen Sie die Ströme I 1, I 2 und I 3. Aufgabe 6. Test an Diodenschaltungen An den Diodenschaltungen (a) und (b) wird je eine Spannungsmessung mit den angezeigten Resultaten durchgeführt. Funktionieren die Dioden korrekt? (a) Diodenschaltung. (b) Diodenschaltung.
Übungsserie 5: Diode, Elektronik 1 4 Aufgabe 7. Diodenschaltungen mit idealen Dioden Bestimmen Sie für die folgenden beiden Schaltungen jeweils den Betriebszustand der Dioden und den durch sie fliessenden Strom für das Modell einer idealen Diode. (a) Diodenschaltung. (b) Diodenschaltung. Aufgabe 8. Klipper: Annahme verschiedener Diodenmodelle Bestimmen Sie für die folgenden beiden Schaltungen jeweils die Ausgangswellenform V out für das ideale Diodenmodell und für das Diodenmodell mit Flussspannung U F = 0.7 V. (a) Diodenschaltung. (b) Diodenschaltung.
Übungsserie 5: Diode, Elektronik 1 5 Lösung 1. a) V = 0 V, I = 2 ma b) V = 5 V, I = 0 A c) V = 5 V, I = 0 A d) V = 0 V, I = 2 ma e) V = 3 V, I = 3 ma f) V = 1 V, I = 4 ma Lösung 2. a) v D = n v T ln(i/i S + 1) = 379 mv b) (5 V 379 mv)/r = 5 V R = 2310 Ω. Lösung 3. a) D 1 off, D 2 on, I = 0 ma, V = 1.67 V. b) D 1 on, D 2 on, I = 0.5 ma, V = 0 V. Lösung 4. a) V = 0.7 V, I = 1.72 ma b) V = 5 V, I = 0 A c) V = 5 V, I = 0 A d) V = 0.7 V, I = 1.72 ma e) V = 2.3 V, I = 2.3 ma f) V = 1.7 V, I = 3.3 ma Lösung 6. a) Die Diode ist in Sperrichtung gepolt es sollte nur ein geringer Sperrstrom fliessen, sodass an dem unteren Widerstand eine Spannung in der Grössenordnung von eingen Mikrovolt erwartet wird. Die angezeigte Spannung von 2.5 V kann nur dann anliegen, wenn die Diode kurzgeschlossen ist dies ist ein typisches verhalten defekter Dioden. b) Die Diode rechts müsste leiten, da V D positiv ist und das Voltmeter 0.7 V anzeigen. Da das Voltmeter 25 V anzeigt ist die Diode rechts unterbochen. Lösung 7. a) Es liegen 3V in Sperrrichtung über der Diode und dem Widerstand. Das bedeutet, dass die Diode sperrt: I D = 0.
Übungsserie 5: Diode, Elektronik 1 6 b) Hypothese 1: Die Diode sperrt. Daraus folgt, die Kathode liegt auf dem Potential -5 V. Daraus folgt weiter, dass U F positiv, was der Hypothese widerspricht. Hypothese 1 führt also auf einen Widerspruch und ist damit falsch. Hypothese 2: Die Diode leitet: Daraus folgt dass die Kathode der als ideal angenommenen Diode auf dem Potential 0 V liegt. Daraus folgt, es fliesst ein Strom von 1 ma durch den linken Widerstand von 10 kω in den Netzwerkknoten und ein Strom von 2 ma durch den rechten Widerstand von 10 kω aus dem Knoten. Also fliesst ein Strom von 1 ma durch die Diode. Die Annahme ist also in Übereinstimmung mit der Hypothese und damit richtig! Lösung 8. a) Es liegen 3V in Sperrrichtung über der Diode und dem Widerstand. Das bedeutet, dass die Diode sperrt: I D = 0. b) Ideal: V in 0 Diode sperrt, V out = 10 11 V in V in < 0 Diode leitet, V out = 0 V Real, U F = 0.7 V: V in 0.7 V Diode leitet, V out = 0.7 V V in > 0.7 V Diode sperrt, V out = 10 11 V in c) Ideal: V in 0 Diode leitet, V out = V in /2 V in < 0 Diode sperrt, V out = V in Real, U F = 0.7 V: V in 0.7 V Diode leitet, V out = (V in 0.7 V)/2 + 0.7 V = V in /2 + 0.35 V V in < 0.7 V Diode sperrt, V out = V in Der Spannungsverlauf für diesen letzten Fall ist in Abb. 4 skizziert. Abbildung 4: Skizze des Verlaufes der Ausgangsspannung, in nicht massstäblicher Darstellung.