Un nuovo supereroe: il Super Diodo

[newton_1372]

Rieccomi qui a cercare aiuto sul diodo. Tempo fa usavo una strategia per studiare i circuiti dei diodi, ma questa strategia è palesamente sbagliata, perchè condurrebbe al paradosso

UN DIODO NON CONDUCE MAI.

Dim. Supponiamo che conduce. Allora il diodo si comporta come un pezzo di conduttore, quindi ai suoi capi la differenza di potenziale è 0 (un conduttore è equipotenziale). Ma allora il diodo non conduce, perchè per condurre deve essere $\Delta V>V_\gamma$ dove $V_\gamma$ è la tensione di soglia. ASSURDO.

Dov'è l'errore?

[elgiovo]

L'errore è che prima assumi un modello poi ne assumi un altro. Ovvero: prima assumi che $V_{\gamma} = 0V$, e poi che $V_{\gamma}>0V$. Quindi nel primo caso assumi questa IV:



poi questa:



Per questo ti ritrovi con una contraddizione.

[newton_1372]

Grazie, ci medito un pò su.
Per studiare un circuito coi diodi quindi conviene fare lo studio dei casi SULLE CORRENTI, piuttosto che sugli stati di polarizzazione/non polarizzazione?

[elgiovo]

Dipende dal circuito.

L'approccio "brute force" è quello di considerare tutte le possibili combinazioni spento/acceso (se non sono configurazioni accettabili ti ritrovi con delle contraddizioni). Se hai $n$ diodi nel circuito però ti trovi con $2^n$ configurazioni da studiare, che non è bello --> da evitare.

Ti conviene cercare di ragionare sulle sollecitazioni esterne (i generatori indipendenti) e fare ipotesi ragionevoli sullo stato di polarizzazione dei vari diodi. Ad esempio, per un circuito fatto così:



si intuisce che i due diodi saranno accesi in alternanza. Poi puoi cercare di vedere se per esempio c'è un intervallo in cui sono accesi entrambi o spenti entrambi ma solo dopo aver analizzato i due casi più facili. Come dire, ragioni anche un pò per "interpolazione".

Ti conviene comunque partire da esempi svolti e da lì costruire il tuo modo di ragionare.

[newton_1372]

Nel caso del superdiodo, quali sono i due casi che non portano in contraddizione? In particolare, perchè possiamo escludere i due casi entrambi i diodi accesi (o entrambi spenti)?
Inoltre, come scrissi all'inizio, molti nell'analisi sottintendono che se Vin è positiva allora Vx è negativa (o viceversa).
Vx = corrente in uscita dell'opamp
Vin = tensione in ingresso del circuito

(vedere link primo post)

[newton_1372]

Per comodità metto l'immagine del circuito da studiare. Come si fa a capire quando i rispettivi diodi sono ON/OFF?
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/c ... proved.png

[elgiovo]

Se \(\displaystyle v_{in}>0 \) l'anodo di $D_2$ sale. Il nodo all'uscita dell'op-amp scende perché \(\displaystyle v_{in}\) è sull'ingresso invertente dell'op-amp. Quindi il catodo di $D_2$ scende. Come vedi dunque, quando \(\displaystyle v_{in}>0 \) $D_2$ è ON. Al contrario, $D_1$ è OFF, perché all'anodo ha una tensione negativa, e al catodo positiva. Quindi su $D_1$ ed $R_2$ non scorre corrente. L'op-amp lavora comunque in una configurazione a retroazione negativa, perché $D_2$ conduce e chiude l'anello di retroazione interno. Il nodo invertente dell'op-amp è una massa virtuale.

Fin qua ho cercato di capire cosa succede con la tensione d'ingresso positiva, riuscendo a trovare un modo di funzionamento plausibile. Ora faccio la stessa cosa per tensione d'ingresso negativa.

In questo caso $D_2$ sarà OFF, perché l'anodo è negativo e il catodo positivo. Tuttavia $D_1$, per un ragionamento del tutto simmetrico, è ON. Quindi anche in questo caso l'op-amp è retroazionato negativamente, perché $D_1$ chiude il loop esterno. Anche in questo caso l'ingresso invertente dell'op-amp fa da massa virtuale, dunque in $R_1$ scorre la corrente \(\displaystyle i_1=\frac{v_{in}}{R_1} \), la quale fluisce anche in $R_2$. L'uscita quindi si trova a \(\displaystyle -R_2 i_1 = -\frac{R_2}{R_1}v_{in} \). Qui il principio è quello dell'amplificatore invertente.

In conclusione, quando un diodo è ON l'altro è OFF. Ciascun diodo fa da "interruttore" per uno dei due rami di retroazione.

[newton_1372]

Ecco, il punto che non capisco è..perchè lanodo di D2 sale? Quello che al massimo so è che, per le golden rules, il potenziale all'anodo è ZERO. Per il resto, come dicevano i latini, "hic sunt leones". Potrebbe motivarmi meglio "il nodo all'uscita dell'opamp scende perchè vin è sull'ingresso invertente dell'opamp?"

[RenzoDF]

..perchè lanodo di D2 sale?

Partendo da una condizione di ingresso $v_{\text{in}}=0$ e di conseguenza di uscita $v_x$ nulla per l'operazionale (e ddp nulla sia su D1 sia su D2), al crescere di $v_{\text{in}}$ il potenziale $v^-$ del morsetto invertente (-) dell'operazionale "tenderebbe a salire" non essendo permesso il passaggio della corrente (forzata dalla tensione di ingresso $v_{\text{in}}$) ne attraverso il percorso R2 - D1 (che ne impedisce il transito) ne attraverso D2 che non è inizialmente polarizzato, ma detta "salita" viene (quasi) istantaneamente a provocare una discesa dell'uscita dell'operazionale ($v_x=A(v^{+}-v^-)$), che trascina verso i potenziali negativi il catodo di D2, portandolo rapidamente in conduzione.
La discesa del catodo di D2, ovvero di $v_x$, procede fino a quando la corrente attraverso D2 viene ad essere pari a quella che porta l'anodo dello stesso ad assumere un potenziale pari a quello del morsetto non invertente (ovvero zero nel nostro caso), cioè fino a quando $i_{D_2}=v_{\text{in}}/R_1$.
L'uscita vx scende quindi solo di alcuni decimi di volt, e mantiene l'operazionale nella zona attiva del suo funzionamento, in R2 non scorre nessuna corrente, D1 è polarizzato inversamente (OFF) e di conseguenza $v_{out}=v^{-}=0$.

[newton_1372]

1). Perchè non usare direttamente le golden rules (che direbbero semplicemente che $V_- = V_+ =V_{anodo D_1} = V_{R_2}=0$?
2). C'è un passaggio che non ho ben compreso della sua spiegazione: perchè se $V_{In}>0$ anche $V_-$ deve "crescere"?