Resolviendo un circuito con un bucle direccional

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Se me ocurrió el siguiente circuito:

Ignore los valores etiquetados en el diagrama: las resistencias son idénticas por simplicidad y valor \ $ R \ $, y el voltaje tiene un valor \ $ V \ $. Supongamos circunstancias ideales con respecto al diodo, cables, etc.

No puedo resolverlo porque parece que no puedo encontrar la resistencia total.

Como se indica en el diagrama, hay una rama paralela que se divide en un diodo orientado hacia el extremo positivo del circuito y una resistencia, en serie con una resistencia idéntica.

En mi intento de resolver esto, me imaginé que una vez que la corriente positiva llega al nodo inferior, se divide en la corriente que va a través del resistor hacia el terminal negativo y la corriente que se reinicia a través del resistor que se acaba de pasar. p>

Dado este supuesto, el circuito actúa como un circuito paralelo en serie cuya resistencia neta se puede encontrar por $$ \ Sigma R = R + x $$ donde \ $ x \ $ es el valor de la resistencia en las ramas paralelas infinitas que resultan del re-bucle actual. Entonces, \ $ x \ $ parecería estar dado por $$ x = (\ frac {1} {R} + (\ frac {1} {R} + (\ frac {1} {R} + ...) ^ {- 1}) ^ {- 1}) ^ { -1} $$ $$ x = (\ frac {1} {R} + x) ^ {- 1} $$ $$ x ^ 2 + x / R - 1 = 0 $$ $$ x = \ frac {-1 / R + \ sqrt {1 / R ^ 2 + 4}} {2} $$ ¡Pero este valor de \ $ x \ $ ni siquiera es dimensionalmente correcto!

¿Hay otro enfoque que pueda usar para encontrar la resistencia?

    
pregunta VF1

4 respuestas

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En mi intento de resolver esto, me imaginé que una vez que la corriente positiva llega al nodo inferior, se divide en la corriente que va a través del resistor hacia el terminal negativo y la corriente que se reinicia a través del resistor que se acaba de pasar. p>

Podría hacer eso. Pero sabes que tanto la resistencia como el diodo son dispositivos pasivos. Y como están conectados en paralelo, la tensión entre ellos es la misma. Ya que son dispositivos pasivos (es decir, no están agregando energía al circuito como lo hace una fuente), la corriente solo puede fluir a través de ellos desde alta tensión a baja tensión. Esto significa que usted sabe que la corriente a través del diodo, si es que va, tiene que ir en la misma dirección que pasa a través de la resistencia.

    
respondido por el The Photon
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El diodo tiene polarización inversa, por lo que ninguna corriente fluirá a través de él (excepto el arranque, pero usted dijo que los componentes ideales y que de todos modos serían mucho más pequeños que las corrientes de resistencia). Por lo tanto, simplemente queda con dos resistencias de 4.7 kΩ en serie con una fuente de 5 V. Las resistencias suman, para un total de 9,4 kΩ. De la ley de Ohm, la corriente es 5V / 94.kΩ = 532µA. Dado que las resistencias son iguales, el nodo entre ellas estará a la mitad de la tensión de alimentación, que es de 2,5 V. Sí, realmente es así de simple.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Si desea resolver este problema a mano, y no por ejemplo a través del uso de métodos numéricos en una computadora, deberá hacer algunas suposiciones en el diodo. Específicamente, deberá decidir qué tan sofisticado será el modelo del diodo.

Por ejemplo, dos modelos comunes son:

1: El diodo ideal:

QuetieneresistenciainfinitacuandoestáDESACTIVADO(circuitoabierto),yresistencianulacuandoestáENCENDIDO(cortocircuito).

2:Fuentedevoltajeymodeloderesistencialimitadora(másprecisa):Dondeeldiodoenelmodeloesideal.

Solución
Como está considerando el ideal de diodo, debe resolverlo en dos pasos.

  • Supongamos que el diodo está ENCENDIDO
    Entonces, tiene un cortocircuito y, por lo tanto, la resistencia paralela se ignora por completo. En ese caso la resistencia es simplemente 4.7 kΩ. Pero mira la gráfica en el primer enlace. La corriente debe ser POSITIVA, pero en este caso es NEGATIVA.

Esta suposición es falsa, el diodo no está ENCENDIDO.

  • Supongamos que el diodo está apagado
    Entonces, tienes un circuito abierto y por lo tanto dos resistencias en serie. En ese caso la resistencia es de 9,4 kΩ. Pero, ¿tiene esto realmente sentido? Tenga en cuenta que dado que tenemos dos resistencias equivalentes, la tensión en el diodo paralelo es de -2.5 V (signo negativo de aviso), lo que satisface el gráfico en el primer enlace.

Esta suposición es cierta.

Por lo tanto, la respuesta (finalmente) a su pregunta, utilizando el modelo de diodo ideal, es 9.4 kΩ.

EDITAR -
Noté que el cartel ha estado teniendo dudas sobre la posibilidad de tener una corriente en bucle.
Bueno, vamos a considerar esa posibilidad. Al menos podemos estar de acuerdo en que la corriente está en la dirección hacia donde apunta el diodo. En ese caso, si el \ $ i_D \ $ actual se desplaza al resistor paralelo, automáticamente habrá un voltaje a través del mismo resistor de acuerdo con: $$ V = R i_D $$

Dado que el diodo es paralelo a esa resistencia, entonces también está sujeto a ese voltaje. Pero eso significa que tendría un voltaje negativo, lo que haría imposible conducir una corriente.

    
respondido por el jhc
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En este caso, el diodo está abierto, ya que el suministro de 5 V está generando una corriente en la dirección del cátodo del diodo. Dado que el diodo está abierto, la resistencia está conectada en serie y puede agregar los valores.

En general, como primera aproximación (diodos ideales), puede suponer que los diodos son abiertos o conductores. Luego puedes asumir uno de estos dos estados y resolver el circuito. Entonces usted prueba su suposición. Si asumió que el diodo estaba abierto, entonces debe verificar que la tensión entre el ánodo y el cátodo es negativa; si no lo está, entonces su suposición es incorrecta. Si asumió que el diodo está conduciendo, entonces necesita verificar que la corriente (definida como positiva al ingresar por el ánodo) es positiva. Nuevamente, si no lo es, entonces tu suposición es errónea.

En este ejemplo, si asume que el diodo está conduciendo, entonces la corriente será negativa, lo que implica que la suposición es incorrecta. Si asume que el diodo está abierto, entonces el voltaje entre el ánodo y el cátodo es -2.5V, lo que implica que la suposición es correcta.

    
respondido por el Alejandro

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