Задачи › Диоды и конденсаторы

Диоды и конденсатор в цепи

  1. Диоды и конденсатор в цепи

    Всесибирская 2025/26, заключительный этап, 11 кл. · №25487

    Цепь, изображённая на рисунке, изначально разомкнута, конденсаторы разряжены. Вольт-амперная характеристика неидеальных диодов \(D_1\) и \(D_2\) также представлена на рисунке (\(I_{\text{отк}}\) и \(U_{\text{отк}}\) — ток и напряжение открытия диодов соответственно). Сначала ключ замыкают в первое положение и ждут полной зарядки конденсатора. Затем, через достаточно долгий промежуток времени, ключ переключают во второе положение и также ждут установления равновесия. Найдите отношение теплоты, выделившейся на первом и втором диодах. Ёмкости, сопротивление и напряжение источника считать известными (см. рисунок). \(U_0\gg U_{\text{отк}}\).

    Рисунок
    ▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
    Подсказка

    До открытия диод ведёт себя как резистор \(R_d=U_{\text{отк}}/I_{\text{отк}}\); процесс надо разбить на этапы «напряжение на диоде меньше открытия» и «больше открытия» и на каждом записать закон сохранения энергии.

    ▶ОтветСкрыть: ответ
    Ответ

    \(\dfrac{W_{d11}+W_{d12}}{W_{d21}+W_{d22}}\), где \(W_{d12}=C_1\varepsilon U_{\text{отк}}-C_1U_{\text{отк}}^{2}\), \(W_{d21}=\dfrac{U_{\text{отк}}C_1C_2}{C_1+C_2}(\varepsilon-U_{\text{отк}})\), \(W_{d22}=\dfrac{U_{\text{отк}}^{2}C_1C_2}{2(C_1+C_2)}\cdot\dfrac{U_{\text{отк}}}{U_{\text{отк}}+I_{\text{отк}}R}\); \(W_{d11}\) — см. решение.

    ▶РешениеСкрыть: решение
    Решение

    При напряжении на диоде ниже \(U_{\text{отк}}\) он ведёт себя как резистор \(R_d=U_{\text{отк}}/I_{\text{отк}}\), поэтому отношение мощностей на диоде и на резисторе \(R\) равно \(\dfrac{W_d}{W_R}=\dfrac{U_{\text{отк}}}{I_{\text{отк}}R}\). Зарядка делится на два этапа: до открытия диода (закон сохранения энергии даёт \(W_{d11}\)) и после открытия (там \(W_{d12}=U_{\text{отк}}q_{12}=C_1\varepsilon U_{\text{отк}}-C_1U_{\text{отк}}^{2}\)). При перезарядке заряд \(\Delta q=\dfrac{U_{\text{отк}}C_1C_2}{C_1+C_2}\) перераспределяется между конденсаторами, давая \(W_{d21}\) и \(W_{d22}\). Ответ — отношение суммы теплот на первом диоде к сумме на втором.

    Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиНашли ошибку?

Похожие задачи