Dlaczego napięcie przewodzenia diody jest stałe?

Kiedy masz diodę o pewnym napięciu bariery (np. 0,7 V dla Si) i przykładasz napięcie wyższe niż potencjał bariery, dlaczego napięcie na diodzie utrzymuje się na poziomie 0,7 V?

Rozumiem, że napięcie wyjściowe na diodzie będzie rosło, gdy sinusoidalny sygnał wejściowy zostanie przyłożony, aż osiągnie wartość 0,7, nie wydaje mi się jednak, dlaczego pozostaje stały po tym punkcie.

Ma dla mnie sens, że jakikolwiek potencjał większy niż ten potencjał bariery pozwoli na przepływ prądu, i odpowiednio, potencjał na diodzie powinien być przyłożonym napięciem minus 0,7 V.

Napięcie na diodzie nie utrzymuje się na poziomie około 0,7 V. Gdy zwiększasz prąd, wzrasta również napięcie przewodzenia (tutaj: 1N400x):

A gdy jeszcze bardziej zwiększysz prąd, rozpraszanie mocy staje się zbyt duże, a dioda ostatecznie staje się diodą LED (dioda elektroluminescencyjna), a wkrótce potem SED (dioda elektroluminescencyjna). Dlatego w praktyce nie może wystąpić większe napięcie przewodzące.

Napięcie jest tym, co możemy obserwować i mierzyć, ale zmienia się również opór.

Dioda zaczyna się od dużej rezystancji, gdy przykładasz do niej napięcie, rezystancja pozostaje dość stała, dopóki nie zbliżysz się do napięcia przebicia do przodu. W tym momencie opór zaczyna spadać.

Za kolanem opór jest bardzo niski. Dalszy wzrost po kolanie powoduje niewielką zmianę oporu.

Ponieważ R spadł, aby utrzymać to napięcie, musisz zwiększyć prąd ... bardzo. Dioda stała się małym „przełącznikiem” rezystora i dlatego może być określana jako WŁĄCZONA.

Pełna relacja napięcia prądu diody wygląda następująco.

Nachylenie przed kolanem to konduktancja przednia (1 / R), a nachylenie za kolanem to konduktancja przednia ON.

Rzeczywista matematyka jest oczywiście o wiele bardziej skomplikowana, ale ten opis pomaga ludziom zrozumieć.

dlaczego napięcie na diodzie utrzymuje się na poziomie 0,7 V.

Nie ma Przez większość czasu stałe 0,7 V jest wystarczające, podobnie jak płaska ziemia jest wystarczająca do jazdy po mieście.

Diody mają logarytmiczną zależność między prądem przez diodę a napięciem na diodzie. Wzrost prądu o dziesięć: 1 powoduje wzrost o 0,058 woltów na diodzie. (0,058 V zależy od kilku parametrów, ale można zobaczyć tę liczbę w wielu odniesieniach napięcia na pasmowo-krzemowej szczelinie].

Co się stanie, jeśli prąd zmieni się na 1000: 1, albo zwiększając, albo zmniejszając? Należy spodziewać się (co najmniej) 3 * 0,058 V zmiany w V _diody .

Co się stanie, jeśli bieżący zmieni 10 000: 1? Spodziewaj się co najmniej 4 * 0,058 woltów.

Przy wysokich prądów (1 mA lub wyższy), odporność na większość krzemu zaczyna wpływać na zachowanie logarytmiczną, a otrzymasz więcej z prostej zależności między I _diody i V _diody .

Standardowe równanie dla tego zachowania obejmuje zatem „e”, 2,718

Nawiasem mówiąc, to samo zachowanie występuje w przypadku diod bipolarnych opartych na tranzystorze. Zakładając 0,60000000 woltów przy 1 mA, przy 1 µA, spodziewaj się 3 * 0,058 V = 0,174 V mniej. Przy 1 nanoamperie spodziewaj się 6 * 0,058 V = 0,388 V mniej. Przy 1 pikoamperie spodziewaj się 9 * 0,058 woltów = 0,522 woltów mniej (w końcu tylko 78 miliwoltów na diodzie); być może to zachowanie z czystego logu przestaje być dokładnym narzędziem, zbliżonym do zera V _diody .

Oto wykres Vbe z ponad 3 dekad Ic; spodziewamy się co najmniej 3 * 0,058 woltów lub 0,174 woltów; rzeczywistość tego tranzystora bipolarnego wynosi 0,23 V.

Jak wyjaśniono w innych odpowiedziach, napięcie nie jest stałe przy 0,7 V, ale w oparciu o odniesienie do potencjału bariery w twoim pytaniu, przypuszczam, że zdajesz sobie z tego sprawę i pytasz o fizykę półprzewodników, dlaczego tak się dzieje.

Powodem jest to, że obszar wyczerpania się diody (przy zerowym napięciu) tworzy potencjał bariery, jak już wspomniano, około 0,7 V (przy założeniu typowej diody krzemowej). W miarę przyłożenia napięcia przewodzenia obszar zubożenia staje się mniejszy. Przy niskim napięciu większy obszar zubożenia ogranicza większość prądu, a wraz ze wzrostem napięcia, obszar zubożenia powoduje zmniejszenie rezystancji (a zatem wzrost prądu). Trwa to do momentu zbliżenia się do ~ 0,7 V, gdzie obszar zubożenia jest bardzo mały, podobnie jak opór. To powoduje wykładniczy związek VI.

Ten artykuł zawiera kilka dobrych diagramów i wyjaśnień, podobnie jak strona Wiki .

Chodzi o to, że nie można „przyłożyć napięcia wyższego niż ten potencjał bariery”, dioda na to nie pozwala.

Oznacza to, że impedancja krańcowa diody w trybie przewodzenia jest mniejsza niż impedancja źródła zasilania: źródło napięcia nie może prowadzić więcej niż „0,7 V” na diodzie 0,7 V, więc „napięcie na diodzie pozostaje [s] przy 0,7 V. ”

Oczywiście marginalna impedancja diody w trybie przewodzenia nie jest dokładnie równa zeru, więc wystąpi pewien wzrost napięcia, jeśli twój zasilacz spróbuje dostarczyć prąd większy niż zero. A impedancja krańcowa twojego źródła zasilania może być bardzo niska, porównywalna do diody, więc może być w stanie podnieść napięcie diody dość wysoko, zanim dioda ulegnie awarii. To są efekty drugiego rzędu. Prosty model diody, przewodzący powyżej 0,7 V, jest urządzeniem, które ogranicza napięcie, przyjmując prąd nieskończony.

Po włączeniu diody z wystarczającym napięciem, działa ona na źródło napięcia 0,7 lub 0,6 (w zależności od materiału) za pomocą rezystora szeregowego.

Jeśli więc zwiększymy napięcie wejściowe, prąd na małym rezystorze również wzrośnie. Tak więc wraz ze wzrostem napięcia wejściowego zmienia się moc wyjściowa na diodzie.

Zwykle dioda jest uważana za idealną, więc nie ma szeregowego rezystora. Tak więc napięcie o / p na diodzie pozostaje stałe.