Resolviendo este problema de circuito de diodo Zener

Considere el siguiente problema:

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Mi intento:

Tenemos una corriente mínima de I z k = 0.5   metro A para que el diodo Zener permanezca en la región de ruptura. La máxima potencia disipada dada es de 18 mW, lo que implica que la corriente en esa resistencia es 18 × 10 -3 A = 10 3 x I R 2 ==> I R = 4,242 × 10 -3 A.

Si realizamos un análisis de tensión nodal, obtendremos: (V S - 5 V)/2x10 3 Ω = 0,5x10 -3 A + 4,242x10 -3 A lo que da como resultado V S = 14,484 V

Ahora, una cosa a tener en cuenta es que el voltaje Zener de 5 V es paralelo con la carga de la resistencia, lo que significa que VO = 5 V y si ejecutamos la fórmula para la potencia disipada obtenemos que la potencia es de 25 mW que excede la máximo 18 mW disipados. Por lo tanto, a partir de aquí no puedo seguir determinando V S_min a partir del cual puedo deducir delta V S .

¿Conoces el método de Thevenin para simplificar el circuito?
Los 18 mW son el límite de potencia para el diodo Zener, no la resistencia de carga.
De hecho, lo soy, ¿podría ser este el truco para resolver este problema de circuito? @devnull
@ElliotAlderson Tomaré nota de su comentario e intentaré resolverlo nuevamente
No creo que un equivalente de Thevenin te ayude en este caso.
Creo que es. Use el circuito equivalente (1 fuente de voltaje y 1 resistencia) con el Zener, calcule Vmin a partir de Izk y finalmente el delta a Vmax.
@ElliotAlderson El diodo Zener generalmente se modela mediante una resistencia en serie con una caída de voltaje constante, pero en este problema, la resistencia es cero, por lo tanto, ¿cómo podríamos relacionar la potencia disipada con el diodo zener?
Revisé las matemáticas usando el método de Thevenin y llegué a la respuesta 6.2. ¿Debo publicar la solución completa? Creo que el OP mostró suficiente esfuerzo.
Si por favor, estaría muy agradecido @devnull

Respuestas (2)

El voltaje del diodo Zener se da como 5.0 V .

La corriente mínima del diodo se da como 0.5 metro A .

La corriente máxima del diodo se encuentra trivialmente a partir del límite de potencia: 18 metro W 5.0 V = 3.6 metro A .

De este modo Δ I Z = 3.6 metro A − 0.5 metro A = 3.1 metro A

Finalmente Δ V s = 2 k Ω ⋅ 3.1 metro A = 6.2 V

Gracias por tu respuesta simplificada. ¿Puedo preguntar, cómo dedujiste que Delta Vs = R x Delta Iz?
@SofiaYaseveya Dado que el Zener ideal (rz = 0) siempre tiene el mismo voltaje exacto, la corriente a través de la resistencia de 1k no cambia. Por lo tanto, cada aumento de corriente a través del Zener da como resultado el mismo aumento de corriente a través de la resistencia de 2k. Esto permite el cálculo de Delta Vs directamente (ley de Ohm), sin calcular Vs max y min.

  1. convertir la fuente de voltaje y las resistencias a su equivalente de Thevenin

  2. desde el I z k = 0.5 mA, calcule el voltaje a través de la resistencia de Thevenin y agréguelo a 5V. Esto le da el mínimo V t h , que te da la V S metro i norte

  3. desde r z = 0 , calcule el voltaje de resistencia máximo de los 18 mW y el voltaje Zener nominal

  1. repita el paso 2. y encuentre el máximo V t h , que te da la V S metro a X

  2. V S metro a X − V S metro i norte es de hecho 6.2V

El método de Thevenin realmente no ayuda aquí.
¿El teorema de Thévenin no se aplica solo a una red eléctrica lineal? Aquí tenemos un componente no lineal, un diodo Zener. ¿Se supone un modelo lineal para ello? ¿Puedes abordar eso en tu respuesta? (Pero sin "Editar:", "Actualizar:" o similar, la respuesta debería aparecer como si estuviera escrita en este momento).
@PeterMortensen: "¿El teorema de Thévenin no se aplica solo a una red eléctrica lineal?" Sí. Y el primer paso es: convertir la fuente de voltaje y las resistencias a su equivalente de Thevenin.
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