電気系の問題が分かりません。

質問

電気系の問題が分かりません。図1の回路ではダイオードは理想ダイオードと考えろとのことだったので直流電圧源Ｅの値によりダイオードが開放および短絡の動作をするのは分かります。因みにR1、R2は4kΩで出力端子a-bには電流を流さないものとします。ダイオードが導通するのは図から見てE>5の時だと思いますが、Eが5より上だった時の等価回路およびEが5以下の時の等価回路が分かりません。またＥが5より上および5以下の時の出力電圧VoをEの関数として求めるのですが考えてもさっぱりで分かりません。どなたか教えてください。お願いします。できれば等価回路は図があればありがたいです。

回答No.3

poohhoop

テブナンの定理を勉強して等価回路を作ってください。

ご存知のとおり、Ｅが5Ｖを超えるかどうかでダイオードの特性が2つの状態に変化しますから、2つの場合に分けて検討します。

まずテブナンノ定理から。

端子を開放したときに端子の両端に発生する電源Ｖと端子から回路を見たときのインピーダンスをＺとすると、その端子間の回路はＶとＺの直列回路に等価できる。

端子から見たインピーダンスは電源（電圧源）を短絡して考えるてください。

これを利用すると、
この場合、ダイオードの挙動により2つの場合ができますので

○Ｅ≦5Ｖの場合
　ダイオードが解放と考えますので、5Ｖの電源とダイオードを外して考えます。
　開放電圧Ｖは
　　Ｖ＝Ｅ
　インピーダンスは
　　Ｚ＝R1＋Ｒ２

　従って　Ｅ、Ｒ１＋Ｒ２が直列接続された回路
　回答は電源ＥとＲ１＋Ｒ２の値を持った抵抗の直列回路（図示は簡単だと思います）

○Ｅ＞5Ｖの場合
　ダイオードは短絡となりますので、ダイオードを短絡させて考えます。
　開放電圧Ｖは
　Ｖ＝５Ｖ
　インピーダンスＺはＥおよびＶを短絡して考えると
　Ｒ１の両端が短絡されますので
　Ｚ＝Ｒ２

　従って、５Ｖ電源とＲ２の直列回路となります。

蛇足ですが、電流源とアドミタンスで考えたのが「ノルトンの法則」です。
それも勉強されたら応用範囲が広がります。

回答No.2

中村 拓男（@tknakamuri）

a, b に電流は流さないのだから R2 は無視できます。
すると、閉回路に電源２個とダイオードと抵抗があるだけです。

E <= Ev(=5)ならダイオードは遮断してしまうので、
回路には電流が流れず、R1に電圧降下がないので
E の電圧がそのまま a, b に出力されます。

E >= Ev(=5) ならダイオードは短絡するので、
Ev(=5)がそのまま a, b に出力されます。
E と Ev の電圧差は R1 の電圧降下が受け持ちます。

回答No.1

noname#252332

「ダイオードが導通するのは図から見てE>5の時だと思います」と言っておられるのですから、E>5の等価回路はダイオード導通、つまりダイオードではなく配線で接続した事と同じです。またE<=5では導通しないのですから等価回路はダイオードが無い(配線も無い)のと同じです。前者では出力は5V。出力電流は流さないので右の抵抗は電圧降下を生じません。後者では出力はE。出力電流を流さないので2個の抵抗は電圧降下を生じません。