Почему постоянное напряжение диода постоянное?

21

Если у вас есть диод с определенным барьерным напряжением (например, 0,7 В для Si), и вы прикладываете напряжение выше этого барьерного потенциала, почему напряжение на диоде остается на уровне 0,7 В?

Я понимаю, что выходное напряжение на диоде будет увеличиваться при приложении синусоидального входа, пока оно не достигнет отметки 0,7, однако я не понимаю, почему оно остается постоянным после этой точки.

Для меня имеет смысл, что любой потенциал, превышающий этот барьерный потенциал, пропустит ток, и, соответственно, потенциал на диоде должен быть приложенным напряжением минус 0,7 В.

sdpatel
источник
12
Кто тебе сказал, что это постоянно?
Дмитрий Григорьев
3
«Почему постоянное напряжение диода постоянное?» Это не так, поэтому остальная часть вопроса довольно бессмысленна.
Олин Латроп
@DmitryGrigoryev, по крайней мере, на вступлении в курсы электроники в моем университете, все диоды в задачах на домашнем задании и экзамены являются постоянными диодами прямого напряжения.
Тейлор
1
@taylorswift Для этой цели мы использовали идеальные диоды. Преимущество идеального диода в том, что вы знаете, что он идеален, поэтому нет места для вопросов, подобных этому.
Дмитрий Григорьев
2
Проголосовал только потому, что это был вопрос, который я задавал мне много лет назад на курсах электроники: это законный вопрос, и ответы очень поучительны для начинающих. Вы должны принять один из массово отклоненных ответов.
Бендж

Ответы:

138

Напряжение на диоде не остается на уровне примерно 0,7 В. При увеличении тока прямое напряжение также увеличивается (здесь: 1N400x):

Прямое напряжение 1N4001 против прямого тока

И когда вы увеличиваете ток еще больше, рассеиваемая мощность становится слишком большой, и диод в конечном итоге становится светодиодом (светодиодом), а вскоре после этого - SED (дымовым диодом). Таким образом, большее прямое напряжение не может произойти на практике.

CL.
источник
93
массовый апвот за дымоизлучающий диод
peufeu
3
NED = шумоизлучающий диод. ;-)
Майк Уотерс
8
Присоединился только, чтобы заявить об этом для САС.
TheValyreanGroup
8
смешно. Следует отметить, что приведенный выше график представляет собой логарифмический ток в зависимости от линейного напряжения. таким образом, прямая линия (слева) на самом деле является экспоненциальной кривой. это означает, что ток увеличивается намного быстрее, чем напряжение. таким образом, напряжение немного сдвинется с 0,7 В, но не намного, прежде чем вы получите САС.
Роберт Бристоу-Джонсон
5
В те дни, когда я учился в колледже (70-е годы), у меня был сосед по комнате, который купил излишки компьютерных плат, на которых были тонны стеклянных диодов. Он вставлял концы шнура питания переменного тока в каждый диод по очереди, ставил рюмку поверх диода и затем вставлял шнур в розетку. Был звук и свет, но в основном не было дыма, так как диод испарился. Брызги горячего стекла оседают на внутренней стороне рюмки. После сотен диодов в его рюмке образовался значительный слой. (Пожалуйста, избегайте делать это дома, это было глупое и потенциально опасное занятие).
Майкл Карас
29

Напряжение - это то, что мы можем наблюдать и измерять, но также изменяется сопротивление.

Диод начинается с большого сопротивления, когда вы прикладываете к нему напряжение, которое остается постоянным до тех пор, пока вы не достигнете прямого пробивного напряжения. В этот момент сопротивление начинает падать.

введите описание изображения здесь

За коленом сопротивление очень низкое. Любое дальнейшее увеличение после колена вызывает небольшое изменение в сопротивлении.

Так как R понизился, чтобы поддерживать это напряжение, нужно увеличить ток ... много. Диод стал маленьким резисторным «переключателем» и поэтому может быть обозначен как ВКЛ.

Соотношение полного напряжения и тока диода выглядит следующим образом.

введите описание изображения здесь

Наклон перед коленом - это проводимость при движении вперед (1 / R), наклон за коленом - это проводимость при движении вперед.

Математика, конечно, намного сложнее, но я считаю, что это описание помогает людям понять.

Trevor_G
источник
1
«За коленом сопротивление очень низкое. Любое дальнейшее увеличение после колена приводит к небольшому изменению сопротивления» - правда, но большинство диодов не работают слишком много за коленом, потому что это вызывает чрезмерное падение напряжения (и рассеяние мощности).
Брюс Эбботт
6
«Что на самом деле меняется, так это сопротивление». Остерегайтесь говорить «на самом деле». Спросите физика, что «на самом деле» происходит, и вы получите слух, полный квантовой теории поля. Слово «сопротивление» происходит от модели Георга Ома о том, как электричество течет в проводниках. Диод PN на самом деле не подходит для этой модели, но если он помогает вам думать о диодах с переменным сопротивлением, то это часть вашей модели. Если это работает для вас, тогда Эй! Это работает для вас. Пока мы все согласны на одну и ту же кривую I / V, тогда все круто.
Соломон Слоу
1
@sdpatel, извините, я не знаю физики твердого тела. Я всего лишь программист, который иногда работает с простыми электронными схемами. Мое понимание полупроводниковых диодов ограничено идеей, что, пока вы не выпускаете магию дыма, рабочая точка будет где-то на этой фиксированной кривой. И действительно, большую часть времени я придерживаюсь еще более простой модели: той, которая говорит, что «прямое напряжение будет где-то близко к N вольтам» (где N зависит от того, является ли это каким-то конкретным цветом светодиода, диодом Шотки, или 1N400_x_.)
Соломон Слоу
2
График VI просто неверен. Это «впечатление художника» о том, как будет выглядеть изменение масштаба с положительного (мА) на отрицательный (мкА) тока. И художник понял это очень неправильно. У источника нет точек перегиба. Кривая в основном экспоненциально переведена, чтобы пройти через начало координат. Если масштаб его правильно, это будет казаться , чтобы иметь разрыв вблизи начала координат. Художник хотел сделать красивую кривую и соединил обе стороны с тем, что казалось самой красивой волнистой линией. Результат: неправильный график, который распространяется, чтобы запутать студентов по всей галактике.
Средний Ваштар
1
@Trevor, вау, это было быстро! :-) Было бы хорошо, чтобы связаться с автором сайта, откуда он был взят, чтобы указать, что это неправильно. Кажется, я узнаю стиль, но не могу вспомнить, какой это сайт учебных пособий ...
Средний Ваштар
15

почему напряжение на диоде остается на уровне 0,7 В?

Это не так. В большинстве случаев достаточно 0,7 В постоянного тока, а ровная земля достаточно хороша для езды по городу.

dannyf
источник
10

Диоды имеют логарифмическую связь между током через диод и напряжением на диоде. Увеличение тока на десять: 1 вызывает увеличение напряжения на диоде на 0,058 Вольт. (0,058 В зависит от нескольких параметров, но вы можете увидеть это число во многих опорных напряжениях на кристалле кремниевой запрещенной зоны).

Что если ток меняется на 1000: 1, увеличиваясь или уменьшаясь? Вы должны ожидать увидеть (как минимум) 3 * 0,058 вольт изменения в V диоде .

Что если ток изменится на 10 000: 1? Ожидайте по крайней мере 4 * 0,058 вольт.

При больших токах (1 мА или выше) объемное сопротивление кремния начинает влиять на логарифмическое поведение, и вы получаете больше прямой зависимости между I диодом и V диодом .

Стандартное уравнение для этого поведения включает в себя «е», 2.718, таким образом,

яdяоdезнак равнояs*[е-(Q*Вdяоdе/К*T*N)-1]
яdяоdезнак равнояs*[е-Вdяоdе/0,026-1]

Кстати, такое же поведение существует для диодов на основе эмиттеров на биполярных транзисторах. Предполагая, что 0,60000000 вольт при 1 мА, при 1 мкА, ожидайте 3 * 0,058 В = 0,174 В меньше. При 1 наноампере ожидайте 6 * 0,058 В = 0,348 В меньше. При 1 пикоампере ожидаемо 9 * 0,058 вольт = на 0,522 вольт меньше (в результате всего через диод всего 78 милливольт); возможно, это поведение чистого журнала перестает быть точным инструментом, почти нулевой вольт диод .

Вот сюжет Vbe за 3 десятилетия Ic; мы ожидаем не менее 3 * 0,058 вольт или 0,174 вольт; Реальность для этого биполярного транзистора составляет 0,23 вольт. введите описание изображения здесь

analogsystemsrf
источник
4

Как объясняли другие ответы, напряжение не является постоянным на уровне 0,7 В, но на основании ссылки на потенциал барьера в вашем вопросе, я полагаю, вы понимаете это и задаете больше вопросов о физике полупроводников, стоящей за этим.

Причина в том, что область истощения диода (с нулевым приложением напряжения) создает потенциал барьера, как вы уже отметили, около 0,7 В (при условии, что типичный кремниевый диод). При подаче прямого напряжения область истощения становится меньше. При низком напряжении большая область истощения ограничивает большую часть тока, а с увеличением напряжения уменьшенная область истощения приводит к уменьшению сопротивления (и, следовательно, к увеличению тока). Это продолжается до достижения ~ 0,7 В, где область истощения очень мала, а также сопротивление. Это вызывает экспоненциальную связь VI.

В этой статье есть несколько хороших диаграмм и объяснений, как и вики-страница .

AngeloQ
источник
3

Дело в том, что вы не можете «подать напряжение выше этого барьерного потенциала», диод не позволяет вам.

То есть предельное полное сопротивление диода в режиме проводимости меньше полного сопротивления источника вашего напряжения: ваш источник напряжения не может подавать более 0,7 В на диод 0,7 В, поэтому «напряжение на диоде остается» [с] при 0,7 В ".

Конечно, предельное полное сопротивление диода в режиме проводимости не точно равно нулю, поэтому будет некоторое повышение напряжения, если ваш источник питания попытается подать ток больше нуля. А предельное сопротивление вашего источника питания может быть очень низким, сравнимым с диодом, поэтому он может увеличить напряжение диода до того, как диод выйдет из строя. Это эффекты второго порядка. Простая модель диода, проводящего выше 0,7 В, представляет собой устройство, которое ограничивает напряжение, принимая бесконечный ток.

Дэвид
источник
0

Как только диод включается с достаточным смещением, он подает напряжение 0,7 или 0,6 (в зависимости от материала) с помощью небольшого последовательного резистора.

Таким образом, если мы увеличим входное напряжение, ток через маленький резистор также увеличится. Таким образом, при увеличении входного напряжения происходит изменение выходной мощности на диоде.

Обычно диод считается идеальным, поэтому резистора в серии нет. Таким образом, напряжение на диоде остается постоянным.

Gowthaman
источник