Двойной диодный ключ
6/10Диодом называется устройство, которое пропускает электрический ток только в одном направлении. Рассмотрите работу схемы, которая называется двойным диодным ключом с ограничением напряжения (см. рисунок). Пусть к точкам \(AB\) электрической цепи («вход» цепи) прикладывают электрическое напряжение, график которого в зависимости от времени приведен на рисунке. Постройте графики зависимости напряжения на участке \(CD\) («выход» цепи) от времени в случае различных соотношений между величинами \(U_1\), \(U_2\), \(\varepsilon\) и \(2\varepsilon\). Предложите возможные варианты использования такой схемы. Значения ЭДС и сопротивления резисторов даны на рисунке, диод считать идеальным — его сопротивление «в прямом» направлении (в направлении стрелки в обозначении диода) считать равным нулю, сопротивление диода в обратном направлении является бесконечно большим. Сопротивления источников равны нулю.


▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаВыясните, при каком знаке \(U_{AB}\) открыт каждый диод. Пока ток через источник ЭДС не течет, выход повторяет вход; после этого выход «прижат» к ЭДС ветви.
РешениеЕсли напряжение \(U_{AB}>0\), диод в правом участке будет закрыт при любых значениях этого напряжения, и этот участок можно не рассматривать (он, фактически, является разрывом цепи). Поэтому при \(U_{AB}>0\) данная в условии цепь эквивалентна цепи, изображенной на рисунке. (При \(U_{AB}<0\) «работает» второй участок цепи).

Так как сопротивление источника равно нулю, из закона Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, заключаем, что при любом токе через источник напряжение на участке \(CD\) равно ЭДС источника \(2\varepsilon\). Если же ток через источник не течет, цепь, фактически, разорвана и напряжение на участке \(CD\) равно напряжению на участке \(AB\). А ток через диод потечет, если напряжение \(AB\) будет больше \(2\varepsilon\). Таким образом, пока напряжение \(0<U_{AB}<2\varepsilon\), выходное напряжение равно входному; как только напряжение \(U_{AB}\) превысит \(2\varepsilon\), выходное напряжение будет равно \(2\varepsilon\) независимо от напряжения \(AB\). Другими словами, рассматриваемая цепь «обрезает» скачки входного напряжения. Второй участок дает ограничения на отрицательные напряжения \(U_{AB}\), которые по величине превосходят \(\varepsilon\).
Это значит, что график выходного напряжения при условии, что \(U_1,\,U_2<\varepsilon\), совпадает с графиком входного напряжения.
Если \(U_2<\varepsilon<U_1<2\varepsilon\), график имеет вид (см. рисунок справа).

Если \(\varepsilon<U_2,\,U_1<2\varepsilon\), то величиной \(\varepsilon\) будут ограничены все «отрицательные максимумы», «положительные» максимумы останутся без изменений (см. рисунок слева).

Если \(\varepsilon<U_2<2\varepsilon<U_1\), величиной \(2\varepsilon\) будут ограничены большие положительные максимумы, маленькие — останутся без изменений (см. рисунок справа).

Если \(2\varepsilon<U_2,\,U_1\), все положительные максимумы будут ограничены величиной \(2\varepsilon\), все отрицательные — величиной \(\varepsilon\).
Похожие задачи
- Диод в цепи переменного тока МОШ 2010/11, 11 кл.
- Диод ВсОШ 2011/12, 9 кл.
- Светит, но не греет! (экспериментальный тур) Максвелл 2017/18, 8 кл.
- Чёрный ящик Санкт-Петербургская 2018/19, 9 кл.
- Диод и вольтметр Росатом 2019/20, 11 кл.
- Три элемента ВсОШ 2019/20, 10 кл.