Übungsserie 5: Diode

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
Abbildung 1: Ideale Dioden.
die Spannung V sowie den Strom I.
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, IS =
10 nA und n = 1.2. Der Widerstandswert sei nun nicht mehr gleich 2.5 kΩ sondern unbekannt.
a) Berechnen Sie die Spannung VD an der Diode die sich aufgrund der Diodenkennlinie ergibt.
b) Wie gross muss der Widerstand sein?
Übungsserie 5: Diode, Elektronik 1
Aufgabe 3.
2
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 VD = 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 D1 und D2 .
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+5 V
+10 V
10 kΩ
10 kΩ
I1
I2
D1
D2
I3
5 kΩ
a) Welche Diode ist bzw. welche Dioden sind leitend?
b) Berechnen Sie die Ströme I1 , I2 und I3 .
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.
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Aufgabe 7.
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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.
Aufgabe 8.
(b) Diodenschaltung.
Klipper: Annahme verschiedener Diodenmodelle
Bestimmen Sie für die folgenden beiden Schaltungen jeweils die Ausgangswellenform Vout für
das ideale Diodenmodell und für das Diodenmodell mit Flussspannung UF = 0.7 V.
(a) Diodenschaltung.
(b) Diodenschaltung.
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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) vD = n · vT · ln(I/IS + 1) = 379 mV
b) (5 V − 379 mV)/R = 5 V ⇒ R = 2310 Ω.
Lösung 3.
a) D1 off, D2 on, I = 0 mA, V = −1.67 V.
b) D1 on, D2 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 VD 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: ID = 0.
Übungsserie 5: Diode, Elektronik 1
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b) Hypothese 1: Die Diode sperrt. Daraus folgt, die Kathode liegt auf dem Potential -5 V.
Daraus folgt weiter, dass UF 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: ID = 0.
b) Ideal:
Vin ≥ 0 ⇒ Diode sperrt, Vout = 10
11 Vin
Vin < 0 ⇒ Diode leitet, Vout = 0 V
Real, UF = 0.7 V:
Vin ≤ 0.7 V ⇒ Diode leitet, Vout = −0.7 V
Vin > 0.7 V ⇒ Diode sperrt, Vout = 10
11 Vin
c) Ideal:
Vin ≥ 0 ⇒ Diode leitet, Vout = Vin /2
Vin < 0 ⇒ Diode sperrt, Vout = Vin
Real, UF = 0.7 V:
Vin ≥ 0.7 V ⇒ Diode leitet, Vout = (Vin − 0.7 V)/2 + 0.7 V = Vin /2 + 0.35 V
Vin < 0.7 V ⇒ Diode sperrt, Vout = Vin Der Spannungsverlauf für diesen letzten Fall ist in
Abb. 4 skizziert.
Abbildung 4: Skizze des Verlaufes der Ausgangsspannung, in nicht massstäblicher Darstellung.