Perché la tensione diretta del diodo è costante?

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Quando si dispone di un diodo con una certa tensione di barriera (ad es. 0,7 V per Si) e si applica una tensione superiore a questo potenziale di barriera, perché la tensione attraverso il diodo rimane a 0,7 V?

Capisco che la tensione di uscita attraverso il diodo aumenterà quando viene applicato un ingresso sinusoidale fino a raggiungere il segno 0,7, ma non sembra capire perché rimanga costante dopo quel punto.

Per me ha senso che qualsiasi potenziale superiore a questo potenziale barriera consentirà il passaggio della corrente e, di conseguenza, il potenziale attraverso il diodo dovrebbe essere la tensione applicata meno 0,7 V.

voltage diodes

— sdpatel
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Chi ti ha detto che era costante?

— Dmitry Grigoryev il

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"Perché la tensione diretta del diodo è costante?" Non lo è, quindi il resto della domanda è piuttosto inutile.

— Olin Lathrop,

@DmitryGrigoryev in introduzione ai corsi di elettronica presso la mia università almeno, tutti i diodi in problemi di compiti a casa e gli esami sono diodi a tensione diretta costante.

— Taylor Swift

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@taylorswift Abbiamo usato diodi ideali per quello scopo. Il vantaggio di un diodo ideale è che sai che è l'ideale, quindi non c'è spazio per domande come questa.

— Dmitry Grigoryev il

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È stato votato solo perché era una domanda che mi ponevo anni fa durante i corsi di elettronica: è una domanda legittima e le risposte sono molto istruttive per i principianti. Dovresti accettare una delle risposte massicciamente votate.

— Benj

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La tensione attraverso il diodo non rimane a circa 0,7 V. Quando si aumenta la corrente, aumenta anche la tensione diretta (qui: 1N400x):

1N4001 tensione diretta vs. corrente diretta

E quando si aumenta ulteriormente la corrente, la dissipazione di potenza diventa troppo grande e il diodo alla fine diventa un LED (diodo a emissione di luce) e poco dopo un SED (diodo a emissione di fumo). Pertanto, nella pratica non può verificarsi una tensione diretta maggiore.

— CL.
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massiccia votazione per il diodo a emissione di fumo

— peufeu,

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NED = diodo a emissione di rumore. ;-)

— Mike Waters,

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Si è unito solo per votare questo per SED.

— TheValyreanGroup

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lol. va notato che il diagramma sopra è la corrente di log vs. la tensione lineare. quindi una linea retta (a sinistra) è in realtà una curva esponenziale. ciò significa che la corrente sta aumentando molto più velocemente della tensione. quindi la tensione si sposta leggermente da 0,7 v, ma non molto prima di GED SED.

— robert bristow-johnson il

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Ai tempi del college (anni '70) avevo un compagno di stanza che comprava surplus di schede per computer con tonnellate di diodi di vetro. Avrebbe agganciato le estremità di un cavo di alimentazione CA attraverso ciascun diodo, a sua volta, posizionato un bicchierino sopra il diodo e quindi inserito il cavo nella presa. C'era suono e luce ma fondamentalmente nessun fumo mentre il diodo vaporizzava. Gli schizzi di vetro caldo si depositerebbero all'interno del bicchierino. Dopo centinaia di diodi c'era un notevole strato costruito nel suo bicchiere. (Si prega di evitare di farlo a casa è stata un'attività sciocca e potenzialmente pericolosa).

— Michael Karas,

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La tensione è ciò che possiamo osservare e misurare, ma ciò che sta cambiando è anche la resistenza.

Un diodo inizia come una grande resistenza, quando si applica tensione ad essa tale resistenza rimane abbastanza costante fino a quando non si avvicina la tensione di rottura diretta. A quel punto la resistenza inizia a cadere.

Oltre il ginocchio la resistenza è molto bassa. Ogni ulteriore aumento dopo il ginocchio provoca piccoli cambiamenti nella resistenza.

Da quando R è diminuito, per mantenere quella tensione devi aumentare la corrente ... molto. Il diodo è diventato un piccolo "interruttore" di resistenza e può quindi essere indicato come ON.

La relazione di corrente a piena tensione di un diodo è simile a questa.

La pendenza prima del ginocchio è la conduttanza in avanti off (1 / R), la pendenza oltre il ginocchio è la conduttanza in avanti ON.

La matematica attuale è ovviamente molto più complicata di così, ma trovo che questa descrizione aiuti la gente a capire.

— Trevor_G
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"Oltre il ginocchio la resistenza è molto bassa. Ogni ulteriore aumento dopo il ginocchio provoca pochi cambiamenti nella resistenza" - vero, ma la maggior parte dei diodi non viene azionata molto oltre il ginocchio perché causa un'eccessiva caduta di tensione (e dissipazione di potenza).

— Bruce Abbott,

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Ri, "ciò che sta realmente cambiando è la resistenza" Attenzione dicendo "in realtà". Chiedi a un fisico cosa sta "realmente" accadendo e otterrai un orecchio pieno di teoria quantistica dei campi. La parola "resistenza" deriva dal modello di Georg Ohm di come scorre l'elettricità nei conduttori. Un diodo PN in realtà non adatta quel modello, ma se ti aiuta voi a pensare di diodi ad avere resistenza variabile, allora è parte del tuo modello. Se funziona per te, allora Hey! Funziona per te Finché siamo tutti d'accordo sulla stessa curva I / V, allora tutto va bene.

— Solomon Slow

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@sdpatel, scusa, non conosco la fisica dello stato solido. Sono solo un fanatico del software che a volte armeggia con semplici circuiti elettronici. La mia comprensione dei diodi a semiconduttore è limitata all'idea che, fintanto che non lascerai uscire il fumo magico, il punto operativo sarà da qualche parte su quella curva fissa . E davvero, il più delle volte, seguo un modello ancora più semplice: quello che dice "la tensione diretta sarà da qualche parte vicino a N volt" (dove N dipende dal fatto che sia un colore particolare del LED, un diodo Schottkey, o 1N400_x_.)

— Solomon Slow

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Il grafico VI è semplicemente sbagliato. È una "impressione dell'artista" di come apparirebbe la modifica della scala da corrente positiva (mA) a negativa (uA). E l'artista ha sbagliato molto. Non ci sono punti di flesso vicino all'origine. La curva è sostanzialmente un esponenziale tradotto per passare attraverso l'origine. Se lo ridimensioni correttamente, sembrerebbe avere una discontinuità vicino all'origine. L'artista voleva fare una bella curva e univa le due parti con quella che doveva essere la linea più carina e sinuosa. Risultato: un grafico sbagliato che si propaga per confondere gli studenti in tutta la galassia.

— Sredni Vashtar,

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@Trevor, wow, è stato veloce! :-) Sarebbe bello contattare l'autore del sito web da dove è stato preso per sottolineare che è sbagliato. Mi sembra di riconoscere lo stile, ma non ricordo quale sito di tutorial è ...

— Sredni Vashtar,

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perché la tensione attraverso il diodo rimane a 0,7 V?

Non Il più delle volte, una costante 0,7 V è abbastanza buona, così come la terra piatta è abbastanza buona per guidare in città.

— dannyf
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I diodi hanno una relazione logaritmica tra la corrente attraverso il diodo e la tensione attraverso il diodo. Un aumento di dieci: 1 della corrente provoca un aumento di 0,058 volt nel diodo. (lo 0,058 V dipende da diversi parametri, ma è possibile vedere quel numero in molti riferimenti di tensione sul bandgap di silicio su chip).

Che cosa succede se la corrente cambia 1.000: 1, aumentando o diminuendo? Dovresti aspettarti di vedere (almeno) un cambiamento di 3 * 0,058 volt nel _diodo V. .

Cosa succede se la corrente cambia 10.000: 1? Aspettatevi almeno 4 * 0,058 volt.

A correnti elevate (1 mA o superiore), la resistenza in serie del silicio inizia a influenzare il comportamento logaritmico e si ottiene più di una relazione in linea retta tra il _diodo I e il _diodo V .

L'equazione standard per questo comportamento coinvolge "e", 2.718, quindi

io d io o d e = io S * [e^{-} (q * V d io o d e / K * T * n) - 1]

$Idiode = Is * [e^-(q*Vdiode/K*T*n) - 1]$ e a temperatura ambiente e profili antidoping ideali (n = 1)

io d io o d e = io S * [e^{-} V d io o d e / 0.026 - 1]

$Idiode= Is *[e^-Vdiode/0.026 -1]$

A proposito, questo stesso comportamento esiste per i diodi a base di emettitore a transistor bipolare. Supponendo 0,60000000 volt a 1 mA, a 1 µA, si prevede che 3 * 0,058 V = 0,174 V in meno. A 1 nanoampere, prevedere 6 * 0,058 V = 0,348 V in meno. A 1 picoampere, aspettati 9 * 0,058 volt = 0,522 volt in meno (finendo con solo 78 millivolt attraverso il diodo); forse questo comportamento logaritmico cessa di essere uno strumento accurato, vicino a zero volt V _diodo .

Ecco la trama di Vbe per oltre 3 decenni di Ic; ci aspettiamo almeno 3 * 0,058 volt o 0,174 volt; la realtà per questo transistor bipolare è di 0,23 volt.

— analogsystemsrf
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Come hanno spiegato le altre risposte, la tensione non è costante a 0,7 V, ma in base al riferimento al potenziale di barriera nella tua domanda, suppongo che te ne renda conto e stai chiedendo di più sulla fisica dei semiconduttori dietro il perché ciò accada.

Il motivo è che la regione di esaurimento di un diodo (con tensione zero applicata) crea il potenziale barriera, come già notato, di circa 0,7 V (ipotizzando un tipico diodo al silicio). Man mano che si applica la tensione diretta, la regione di esaurimento diventa più piccola. Con la bassa tensione, la regione di svuotamento più ampia limita la maggior parte della corrente e, all'aumentare della tensione, la regione di svuotamento ridotta determina una riduzione della resistenza (e quindi un aumento della corrente). Questo continua fino ad avvicinarsi a ~ 0,7 V dove la regione di esaurimento è molto piccola e la resistenza. Ciò causa la relazione esponenziale VI.

Questo articolo ha alcuni buoni diagrammi e spiegazioni, così come la pagina Wiki .

— AngeloQ
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Il punto è che non puoi "applicare una tensione superiore a questo potenziale barriera", il diodo non ti consente.

Cioè, l'impedenza marginale del diodo in modalità di conduzione è inferiore all'impedenza della sorgente dell'alimentazione di tensione: la sorgente di tensione non può pilotare più di "0,7 V" attraverso un diodo da 0,7 V, quindi "la tensione attraverso il diodo rimane [s] a 0,7 V ".

Naturalmente, l'impedenza marginale di un diodo in modalità di conduzione non è esattamente zero, quindi si verificherà un aumento della tensione se l'alimentazione di tensione tenta di fornire più di zero corrente. E l'impedenza marginale della tensione di alimentazione potrebbe essere molto bassa, paragonabile a un diodo, quindi potrebbe essere in grado di aumentare la tensione del diodo piuttosto in alto prima che il diodo si guasti. Questi sono gli effetti del secondo ordine. Il semplice modello di un diodo, che conduce sopra 0,7 V, è un dispositivo che limita la tensione accettando corrente infinita.

— david
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Una volta acceso il diodo con una polarizzazione sufficiente, agisce su una sorgente di tensione di 0,7 o 0,6 (dipende dal materiale) con una resistenza di piccole serie.

Quindi, se aumentiamo la tensione di ingresso, aumenterà anche la corrente attraverso la piccola resistenza. Pertanto, all'aumentare della tensione di ingresso, si verifica una variazione tra l'uscita presa attraverso il diodo.

Di solito il diodo è considerato ideale, quindi non c'è resistenza in serie. Quindi la tensione in uscita attraverso il diodo rimane costante.

— Gowthaman
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