Oppgavehjelp - Strømdeling, koblingsskjema med 2V diode

[Dolandyret]

Hei!
Har en oppgave her: 

"Du skal få en rød lysdiode til å lyse ved å koble den til en spenningskilde som gir ut 12,0 V. Det skal gå en strøm på 10 mA gjennom dioden, og da er spenningen over den ca. 2 V.

 

Samtidig skal det kobles ett amperemeter i parallell med kretsen, som har indre motstand på 300ohm. Amperemeteret klarer ikke å måle mer enn 0.3mA. Det skal vise utslag på 0.1mA når strømmen i kretsen er på 10mA."

 

"Tegn koblingsskjema for kretsen med komponentverdier"

 

Jeg kobler da en 3ohm motstand i parallell med amperemeteret. Jeg oppnår med det korrekt strømdeling slik at 9.9mA går gjennom motstanden, mens 0.1mA går gjennom amperemeteret.

Total motstand i kretsen, gitt 12V spenningskilde og 10mA strøm, må være 1200ohm. Jeg kobler da 1200ohm i serie med parallellkoblingen for å oppfylle dette, siden R(ekvivalent) for 300ohm og 3ohm i parallell er ca. 3ohm (neglisjerbart).

 

Nå kommer problemet; lysdioden. Det skal være 2V spenning over dioden, så om jeg kobler denne inn i serie med 1200ohm-motstanden, vil jo spenningen over den være 0? Derfor må den nødvendigvis stå i parallell med en motstand. Deler derfor opp 1200ohm motstanden i en på 1000ohm og en på 200ohm, og kobler dioden i parallell med sistnevnte på 200ohm.

Da skulle jeg tro at spenningen over 1000ohm-motstanden ville bli 10V og 2V over 200ohm-motstanden, iom spenningen over parallellkoblingen med amperemeteret er neglisjerbar (0.03V). Men nei, det stemmer visst ikke, hvert fall ikke ifølge multisim. Så da har jeg sikkert oversett noe, eller gjort noe helt galt.

Hva er det jeg gjør feil? Har dioden en indre motstand jeg burde vite om? Kan noen vise meg hvordan det skal gjøres? 

Legger ved to bilder. Ene er uten dioden, hvor jeg får riktige verdier, den andre er med dioden, hvor alt surrer seg.

[Dolandyret]

Ser nå at det er mulig at jeg har misforstått oppgaven. Sier den at når det går 10mA gjennom dioden så er spenningen over den 2V og den vil lyse? Da burde det vel være så enkelt som å koble den i serie med en motstand på 1000ohm? 

Siden U=R'I --> R=U/I --> R=200ohm for dioden.

 

Edit: 
Det ser ut til å stemme ja. 

Endret 19. september 2019 av Dolandyret

[N o r e n g]

Ser nå at det er mulig at jeg har misforstått oppgaven. Sier den at når det går 10mA gjennom dioden så er spenningen over den 2V og den vil lyse? Da burde det vel være så enkelt som å koble den i serie med en motstand på 1000ohm? 

 

Siden U=R'I --> R=U/I --> R=200ohm for dioden.

 

Edit: 

Det ser ut til å stemme ja. 

 

Du kan også se på det litt mer metodisk ved hjelp av Kirchhoffs lover:

 

Spenningen over alle komponentene må summeres til 0 (Kirchhoffs spenningslov):

Spenningskilde + Diode + motstand = 0

Du vet at spenningskilden er på 12V, og dioden er 2V, da får du:

2V + motstand = 12V

motstand = 10V

 

Videre vet du at det skal gå 10mA gjennom dioden, samt 0.1 mA gjennom amperemeteret, da må det gå like mye strøm gjennom den første motstanden (Kirchhoffs strømlov):

motstand = diode + amperemeter = 10.1 mA = 0.0101 A

 

Da kan du finne hvilken motstand du må sette motstanden til ved hjelp av Ohms lov (U = RI)

10V = R *  0.0101A

R = 10 / 0.0101 Ohm = 990.1 Ohm

 

For amperemeteret i parallell med dioden, så vet du at spenningen over amperemeteret blir:

U = R I = 300 Ohm * 0.1 mA = 0.03V

 

Siden spenningen over dioden er på nøyaktig 2V må da spenningen over motstand 2 bli

M2 + 0.03V = 2V

M2 = 1.97V

 

Herfra kan du igjen bruke Ohms lov:

M2 = 1.97 / 0.0001 Ohm = 19700 Ohm

 

Oppgaven sier ikke noe om hvor du plasserer amperemeteret, her antok jeg at det var plassert i parallell med dioden.