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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Diode simulieren


Autor: Frank (Gast)
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Hallo zusammen,

ich habe ein kleines Problem. In MatLab Simulink / Plecs kann ich nur 
eine begrenzte Anzahl von Schaltern verwenden. Jedoch benötige ich davon 
7.
Nebenbei...als Schalter werden zB Transistoren, normale Schalter, IGBTs 
etc gezählt. -.-
Nun meine Frage: Kann mir jemand weiterhelfen in einer Simulation einer 
Diode?
Kann man eine Diode auf die Art und Weise simulieren, dass sie in die 
eine richtung Strom durchlässt und in die andere Richtung sperrt?
Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen!

Vielen Dank schon einmal im Voraus!

Gruß Frank

Autor: Johnny (Gast)
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Offtopic, aber spricht was dagegen ein Simulationsprogramm für 
Elektronik zu verwenden?
z.B. SIMetrix fällt mir dazu ein, das basiert auf Spice und es gibt eine 
kostenlose Version mit beschränkter Bauteileanzahl, die aber vielfach 
ausreicht.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

ein kostenloses und relativ leicht erlernbares Programm für die 
Simulation von Schaltkreisen ist LTSPICE:

http://www.linear.com/designtools/software/ltspice.jsp

Und ja: Man kann die Diode so simulieren, wie Du das willst. Es ist 
jedoch die denkbar ungenaueste Simulation. Bei großen Spannungen ist sie 
jedoch zulässig.

Etwas besser ist es, die Diode als Schalter mit kleinem Innenwiderstand 
zu simulieren.


Gruß,
  Michael

Autor: B. Bremer (bib)
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Ein weiterer sehr interessanter (Open Source!) Simulator (gibts für Win, 
Linux und MAC) ist qucs: http://qucs.sourceforge.net/

Tipp: Immer einen Massepunkt (Massezeichen) verwenden!

Gruss

Birk

Autor: Frank (Gast)
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Ersteinmal vielen Dank für die Antworten! Ich möchte dennoch gerne in 
SimuLink dies simulieren.

Was sind große Spannungen?
Und wie wird die Diode dann simuliert?

Gruß
Frank

Autor: Helmut (Gast)
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Hallo,

Michael meinte damit, dass an der Diode ca. 0,7V abfallen und dass das 
bei
kleineren Spannungen halt schon ins Gewicht fällt.

Ud = Is*e^(U/(n*Ut)

n=1...2 je nach Diode
Is: Pikoampere bis Mikroampere

Wer große Ströme fährt sollte auch deren Serienwiderstand 
berücksichtigen.
Das gibt dann noch einmal 100mV...300mV extra Durchlassspannung. Den 
Sperrstrom kann man in den meisten Anwendungen der Leistungselektronik 
vernachlässigen. So eine Diode schaltet auch nicht in Null-Zeit ab, 
sondern hat eine Sperrverzögerung von ein paar 10ns. 
Netzgleichrichterdioden haben Sperrverzögerungen im 
Mikrosekundenbereich.

Man sollte sich diesr Unzulänglichkeiten bewusst sein, wenn man eine 
Diode als idealen Schalter modelliert. Allerdings ist es unerheblich ob 
das Ergebnis nochmals extra bis zu 10% falsch wird, wenn man eh schon 
eine Menge anderer Systemparameter nur ungenau kennt.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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> Ersteinmal vielen Dank für die Antworten! Ich möchte dennoch gerne in
> SimuLink dies simulieren.
>
> Was sind große Spannungen?
Deutlich größer als die Flußspannung von 0,7V.

> Und wie wird die Diode dann simuliert?

Die beste lineare Ersatzschaltung lautet:

                 0,7V
1     r_D        ---->         2
o----||||||------(--)----------o    für U12 >= 0.7V

1
o-----                     ----o    für U12 < 0 V


r_D ist ein sehr kleiner Wert (typischerweise 1 Ohm oder kleiner).


Gruß,
  Michael

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Wenn du unbedingt mit Simulink simulieren willst, dann nutze doch die 
einfache Diodengleichung:

Die ist doch einfach in Simulink mit nem Funktionsblock implementierbar.

Ich nehm mal an, dass du kein Simscape oder gar Simelektronics (ein 
Untermodul von Simscape) hast, da sind nämlich Dioden drin ;).

Autor: Frank (Gast)
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Hey,
vielen Dank!!!
Ich werde es mal mit dem Fuktionsblock versuchen ;-)
Problematisch wird es halt mit der Lösung von Michael Lenz, da ich wie 
erwähhnt keinen weiteren Schalter verwendet kann, welcher bei einer 
bestimmten Spannungsschwelle auf die andere Ersatzschaltung schaltet.

Meine Spannung liegen im über 230V Bereich, daher ist die 
"Verlustspannung" über der Diode nahezu vernachlässigbar ;)

Jedoch eine Frage zu entweder Helmut oder Michael (Köhler):
Was ist bei dir Ut? Bzw. n?
         Ud = Is*e^(U/(n*Ut)

Un was ist bei dir Ud oder kT? bzw Is?
Ich tipp mal bei Ud die Diodenspannung von 0,7 V...Id = Strom durch die 
diode? Was ist dann Is? Wo hast du die formel her? Dann kann ich selbst 
nachschauen^^...

Nein, ich habe Simscape.

gruß

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Angehängte Dateien:

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Also, da kann ich gerne helfen:

Id:  Strom durch die Diode
Is:  Sperrstrom (liegt für gewöhnlich im Femtobereich)
Ud: An der Diode anliegende Spannung (Vorzeichen beachten)
q:   Elementarladung (ca.  1.6*10^-19 As)
k:   Boltzmannkonstante (1.38 *10^-23 J/K)
T:   Temperatur der Diode
n:   Habe ich nicht bei mir drin ist aber ein Faktor um die 
Diodenkennlinie anzupassen, bei meiner Gleichung gehört es, sofern du es 
zufügen willst, als Faktor vor kT
Ut:  Das ist die Temperaturspannung, die ist auch bei mir drin und ist 
kT/q, ich hatte es nur ausgeschrieben

Ich hab mal eine kleine Datei angehangen, die auf Basis meiner oben 
angegebenen Gleichung die Kennlinie der Diode zeichnet. War mal eine 
kleine Spielerei von mir. Hoffentlich läufts gut unter Win, ich habs 
ursprünglich unter Mac OS geschrieben.

Autor: Frank (Gast)
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Hey,

vielen Dank! Die Angaben haben mir sehr weitergeholfen! ;-)

Ich mess einfach die spannung über die Diode und gebe diese in einen 
Funktionsblock ein. Dort wird der eigentliche Strom durch die Diode 
bestimmt und diesen Wert übergeben ich der Stromquelle, welche an der 
Stelle der Diode eingebaut ist. Würde dies so funktionieren?

Ach ja...dein Programm hat auch unter Win funktioniert! ;-)
Schöne Simulation und Darstellung des Verhaltens der Diode ;-)
Fand es auch eine gute Idee, die gemessenen Werte als Tabelle zudem noch 
hinzuzufügen ;-)

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Ja, das war eine Spielerei halt vor drei/vier Jahren noch im Studium als 
ich mit Realbasic angefangen hab.

Deine Lösung würde so gehen, es ist halt ein itterativer Prozess, du 
misst die Spannung über der Diode, rechnest mit der Gleichung den Strom 
aus und guckst ob es im Rest der Schaltung mit dem Strom hinkommt (in 
Bezug auf die Spannung). Wenn es nicht passt musst du die Spannung ein 
wenig ändern und dann gehts wieder von vorne los, also Strom ausrechnen 
und schaun ob es dann passt.

Autor: Frank (Gast)
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Ich kann die Spannung aber nicht wirklich verändern.
(Höchstens in der Berechnung einen Faktor miteinbringen)

Die Spannung ist immer mehr oder weniger vorgegeben. Wenn also die 
schaltung nicht mit dem Strom auskommt, is es schlecht^^.
Aber da kommts auch drauf an, ob die auskommt oder nicht. Jenachdem 
driftet die Spannung in die eine oder andere richtung.

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Hm, ich glaub du hast mich falsch verstanden. Du musst erstmal 
überlegen, wieviel deiner angelegten Spannung an der Diode abfällt. 
Nehmen wir mal an, du hast 5 V an deine Schaltung angelegt. Dann musst 
du dir überlegen, wieviel Spannung davon an der Diode abfällt. Zum 
Beispiel 0,634V denkst du, fallen an der Diode ab. Dann rechnest du den 
Strom aus, den die Diode dann fließen lässt. Diesen Strom lässt du dann 
durch den Rest der Schaltung fließen. Daraus rechnest du dann die 
Spannung, die durch diesen Strom am rest der Schaltung abfällt, zum 
Beispiel kommen da dann 4.621 V raus. Dann rechnest du die 
Diodenspannung plus den Spannungsabfall über dem Rest der Schaltung, 
hier nun 4.621 V. Dann siehst du schon, da kommen 5.255 V raus und du 
weist somit, dass zuviel Strom durch die Diode fließt, d.h. deine 
angenommene Diodenspannung von 0.634 V zu viel ist. Die musst du dann 
geschickt verringern, itterativ halt. Das machst du so lange bis du raus 
bekommst, dass die gesamte Spannung bei dem Diodenstrom 5 Volt ergibt. 
Genau 5 V wirst du kaum erreichen, du musst dir also ein Toleranzband 
aufbauen, also das die Gesamtspannung zum Beispiel zwischen 4.95V und 
5.05 Volt liegen darf.

Autor: Frank (Gast)
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Achso...
Mhm...aber ich geh mal davon aus, dass bei einer angelegten Spannung von 
560V dies eher nachteilig wird, oder?

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Nein, nicht wirklich. Du hast ja mein Programm. Variiere darin nur mal 
die Diodenspannung um 10 mV und schau, wie sich der Strom ändert. Das 
ist nicht grad wenig um nicht zu sagen, dass es erheblich ist. Bei den 
Voreinstellungen bedeutet dies, dass der Strom von 0.551 A auf 0.818 A 
steigt wenn die Diodenspannung um 10 mV steigt. Das sind ca. 50% 
Stromänderung bei nicht mal 2 % Spannungsänderung an der Diode.

Autor: Frank (Gast)
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Mhm...okay
Hast recht...
Muss mal schauen, wie ichs anstelle. die nachfolgende Schaltung ist halt 
ein wenig komplex und nicht so leicht vorherzusagen, was sich für eine 
Spannung nach der Diode einstellt.

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Naja, du musst ja dann nur den Strom durchfließen lassen und schaun 
welche Spannung dabei raus kommt oder du legst die übrig gebliebene 
Spannung an und schaust, welcher Strom dann da fließen würde und 
vergleichst diesen Strom mit dem, den die Diode fließen lässt. Da hast 
du also zwei Wege, die du gehen kannst ;)

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