Czy dioda naprawdę przestrzega prawa Ohma?

Czy dioda naprawdę przestrzega prawa Ohma?

Prawo Ohma stwierdza, że ​​prąd przepływający przez przewodnik między dwoma punktami jest wprost proporcjonalny do napięcia w tych dwóch punktach.

Wprowadzając stałą proporcjonalności, rezystancję, dochodzimy do zwykłego równania matematycznego opisującego tę zależność: I = V / R, gdzie I jest prądem przewodzącym w jednostkach amperów, V jest napięciem mierzonym na przewodniku w jednostkach woltów, a R jest rezystancją przewodnika w jednostkach omów. Mówiąc dokładniej, prawo Ohma stwierdza, że ​​R w tej relacji jest stały, niezależny od prądu ”.

https://en.wikipedia.org/wiki/Ohm%27s_law

Jednak inny inżynier elektryk powiedział mi, że dioda działa zgodnie z prawem Ohma V = IR, z wyjątkiem tego, że ma zmienną rezystancję, która zmienia się automatycznie, aby utrzymać względnie stały spadek napięcia dla dowolnego prądu.

Czy to prawda?

Czy to czy nie jest zgodne z Prawem Ohma?

Ponadto, jeśli umieścisz diodę na końcu zasilacza, z anodą na + i katodą niepodłączoną, nadal zobaczysz spadek napięcia bez przepływu prądu. Wyjaśnij to.

Oto schemat pokazujący spadek napięcia w stosunku do prądu na diodzie HER508:

Źródło: http://www.rectron.com/data_sheets/her501-508.pdf

To naprawdę nie jest czarno-białe pytanie i wielu ludzi będzie argumentować, że nie jest zgodne z „Prawem Ohma”, a w zależności od tego, jak się to stanie, mogą mieć rację.

Jednak prawda jest taka, że ​​rezystancja diody zmienia się w zależności od przyłożonego prądu lub napięcia. W związku z tym nie można po prostu sprawdzić rezystancji diody i użyć „prawa Ohma” do ustalenia zależności między napięciem a prądem na podstawie starej, dobrej formuły V = IR, tak jak w przypadku rezystora. Z tego argumentu wynika, że ​​żadna dioda, a ściślej półprzewodnik, nie wydaje się przestrzegać prawa Ohma.

Jeśli jednak masz obwód z diodą, nastawiony na napięcie V lub z prądem polaryzacji I, rezystancja diody w tych warunkach jest nadal stała. Oznacza to, że wzór Ohma nadal obowiązuje, gdy dioda jest w stanie ustalonym. Jeśli próbujesz obliczyć impedancję wyjściową obwodu w tym stanie, ważne jest, aby wiedzieć, potwierdzając, że impedancja będzie inna, gdy obwód będzie w innym stanie.

W rzeczywistości posunąłbym się nawet do argumentu, że dioda zawsze ma wzór Ohma. Tak V = IR. Jednak w przypadku diody R następuje po raczej złożone równanie, które obejmuje V lub I jako zmienne.

To jest dla diody

gdzie R D = M ( I , V ) V = I . F ( I , V $V = I.R_D$
$R_D = F(I,V)$
$V = I.F(I,V)$

Tak więc, matematycznie, jest zgodny ze wzorem Ohma, po prostu nie w formie, która jest dla ciebie przydatna, z wyjątkiem bardzo specyficznych warunków statycznych.

Dla tych, którzy twierdzą, że „prawo Ohma nie ma zastosowania, jeśli opór nie jest stały”, obawiam się, że Maxwell to błędny cytat. Omm miał na myśli, że opór powinien być stały z czasem w stabilnych warunkach wzbudzenia. Oznacza to, że rezystancja nie może się zmieniać spontanicznie bez zmiany przyłożonego napięcia i prądu. Prawda jest taka, że ​​nic nie ma stałego oporu. Nawet twój skromny rezystor ćwierć watowy zmieni rezystancję, gdy się nagrzeje i zestarzeje.

Jeśli uważasz, że to tylko opinia jednego mężczyzny, miałbyś rację, nazywa się
Georg Simon Ohm

Możliwe, że tak naprawdę nigdy nie czytałeś jego pracy lub jeśli czytasz niemiecki, w oryginalnej wersji . Jeśli kiedykolwiek to zrobisz, a na 281 stronach lub przestarzałej angielskiej i elektrycznej terminologii, ostrzegam cię, to jest bardzo trudne do przeczytania, odkryjesz, że rzeczywiście obejmował urządzenia nieliniowe i jako takie powinny być uwzględnione w prawie Ohma. W rzeczywistości istnieje cały Załącznik, około 35 stron, w całości poświęcony temu tematowi. Przyznaje nawet, że były tam jeszcze rzeczy do odkrycia i pozostawia to do dalszego badania.

Prawo Ohma stwierdza… według Maxwella…

„Siła elektromotoryczna działająca między końcami dowolnej części obwodu jest iloczynem siły prądu i rezystancji tej części obwodu”.

Jest to jednak tylko część tezy Ohma i kwalifikuje się w słowach Ohma stwierdzeniem „obwód woltowy ... który uzyskał swój stały stan” który jest zdefiniowany w artykule, a parafrazuję jako każdy element, którego opór jest zależny na przyłożone napięcie lub prąd, albo cokolwiek innego, musi pozwolić na ustabilizowanie się. Ponadto, po każdej zmianie wzbudzenia obwodu jako całości, konieczne jest ponowne zrównoważenie, zanim formuła będzie skuteczna. Z drugiej strony Maxwell zakwalifikował go jako, że R nie może zmieniać się za pomocą V lub I.

To może nie być to, czego nauczyłeś się w szkole, a nawet to, co słyszałeś cytowane lub czytane z wielu renomowanych źródeł, ale pochodzi od samego Ohma. Prawdziwym problemem jest to, że wiele osób postrzega lub rozumie tylko bardzo uproszczoną interpretację tezy Ohma, napisaną przez Maxwella, która być może została błędnie propagowana przez dziesięciolecia, odkąd wielki człowiek faktycznie wykonywał swoją pracę jako „Prawo Ohma”.

Co oczywiście pozostawia ci paradoks.

Faktem jest, że Ohm jest po prostu stwierdzony, gdy tylko ustabilizuje się, napięcie w obwodzie jest sumą obecnych czasów rezystancji części.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

$E = I.R1 + I.R2 + I.R3$

Gdzie R3 jest jakimkolwiek oporem, w który osadza się dioda. Jako takie nie ma znaczenia, czy R3 jest diodą, czy nie. Które oczywiście jest poprawne. Z drugiej strony Maxwell sugeruje, że ponieważ obwód zawiera element nieliniowy, wzór nie ma zastosowania, co oczywiście jest błędne.

Czy więc uważamy, że to, co napisał Maxwell, było błędem w nadmiernym uproszczeniu i idziemy za tym, co naprawdę powiedział Ohm, czy też odrzucamy to, co naprawdę powiedział Ohm, i idziemy z uproszczeniem Maxwella, które pozostawia nieliniowe części na zimno?

Jeśli uważasz, że dioda nie pasuje do twojego mentalnego modelu prawa Ohma, to twój model prawa Ohma jest tak naprawdę prawem Maxwella. Coś, co należy uznać za podzbiór tezy Ohma. Jeśli uważasz, że dioda pasuje do modelu, to naprawdę cytujesz tezę Ohma.

Jak powiedziałem, nie jest czarno-biały. Ostatecznie to nie ma znaczenia, ponieważ nic nie zmienia.

$\Delta V$$\Delta i$$Rd=\frac{\Delta V}{\Delta i}$

Twój przyjaciel po prostu opisuje zachowanie standardowej (krzemowej, nie Schottky'ego) diody, której krzywa vi jest wykładnicza, która jest zasadniczo zerowa (dla wykresu wykorzystującego mA jako oś prądu) i która zaczyna widocznie rosnąć przy około 0,6 wolty, które normalnie uderzą w bardzo wysokie prądy o około 0,7 wolta. Oznacza to, że rezystancja dynamiczna jest bardzo wysoka przy niskich prądach i po (około) 0,6 wolta gwałtownie spada. Oznacza to, że jeśli masz diodę skierowaną do przodu napędzaną zmiennym napięciem i stałym rezystorem, w dość szerokim zakresie napięć napięcie przewodzące diody będzie zbliżone do 0,6 lub 0,7 wolta.

Diody nie są zgodne z prawem omowym. Jak widać w cytowanym fragmencie, prawo Ohma wyraźnie stwierdza, że ​​R pozostaje stały. Jeśli spróbujesz obliczyć R z V / I, patrząc na krzywą IV diod, zobaczysz, że wraz ze wzrostem napięcia, „R” zmieni się.

Twój przyjaciel elektryka jest niepoprawny. Mówienie, że „opór zmienia się w celu utrzymania stałej Vdrop” jest całkowicie bez znaczenia. W tym przypadku „opór” to dosłownie V / I, który się zmienia. Jeśli pozwolisz R mieć dowolną wartość w V = IR, równanie staje się bezużyteczne, ponieważ nie możesz niczego przewidzieć.

W twojej sytuacji nie zobaczysz spadku napięcia. Obie strony urządzenia byłyby pod tym samym dodatnim napięciem (w stosunku do - zacisku zasilacza)

Prawo Ohma stwierdza, że ​​prąd przepływający przez przewodnik między dwoma punktami jest wprost proporcjonalny do napięcia w tych dwóch punktach.

1. Dioda nie jest przewodnikiem.

2. „... bezpośrednio proporcjonalne do ...” oznacza liniową zależność między napięciem i prądem w znacznym zakresie roboczym, co oczywiście nie jest prawdą.

Więc nie; dioda nie przestrzega prawa Ohma.

Dioda jest diodą i nie podąża za niczym, co myślimy, piszemy lub wyobrażamy.

Pytanie można więc odwrócić do góry nogami w coś takiego:
„Czy charakterystykę I / V diody można modelować z wykorzystaniem prawa Ohma?”

W takim przypadku odpowiedź może brzmieć:
„Tak, z pewnymi ograniczeniami można zastosować prawo Ohma, choć zdecydowanie nie jest to najlepsza ani pierwsza opcja”

$v=R\,i$$R=f(i)$

W rzeczywistości wiele modeli można dopasować do zachowania diody, wskazując, że odpowiedni jest dla twoich aplikacji.

Diodę można również wymodelować jako kondensator:

$v=\frac{1}{C}\int i\,{\mathrm{dt}}$$\frac{1}{C}=f(v,i,t)$

To oczywiście szalony pomysł i nikt przy zdrowych zmysłach nawet nie pomyślałby o jego użyciu.

Chcę tylko, aby jasne modele były tylko modelami. Nie mają nic wspólnego z „rzeczywistością” - cokolwiek to znaczy - i mają rację, o ile udzielają „właściwych” odpowiedzi. Następnie niektóre z nich lepiej nadają się do tego celu.

Podsumowując, w zależności od tego, o co nam chodzi, należy znaleźć bardziej odpowiedni model:
stały spadek / próg, stały spadek i stały opór, modele wykładnicze i różne modele różnicowe są na pewno znacznie lepsze niż próbowanie wypchnięcia niechętnego prawa Ohma.

... Miałem innego inżyniera elektryka, który powiedział mi, że dioda działa zgodnie z prawem Ohma, V = IR, z wyjątkiem tego, że ma zmienną rezystancję, która zmienia się automatycznie, aby utrzymać względnie stały spadek napięcia dla dowolnego prądu. Czy to prawda?

tak

• ale tylko dla napięcia przyrostowego po nasyceniu i stałej wartości rezystancji ma szeroką tolerancję, ale można rozważyć krzywą nominalną VI.

Co jest nasycone? Gdy dynamiczny opór logarytmiczny staje się mniejszy niż stały opór objętościowy, tak że ESR jest prawie stały i obowiązuje prawo Ohma.

• Zauważ, że następujący def'n jest fałszywy !!
  Dioda, która przepuszcza maksymalny możliwy prąd, więc dalszy wzrost przyłożonego napięcia nie ma wpływu na prąd. Słownik terminów naukowych i technicznych McGraw-Hill, 6E, Copyright © 2003 The McGraw-Hill Companies, Inc.

$ESR=\frac{\Delta V}{ \Delta I}$

Jaki prąd jest potrzebny do pomiaru ESR?

• Staje się bardziej liniowy i ustalony w pobliżu znamionowego prądu Vf @ If i można go ogólnie przewidzieć dla większości diod, które go wykorzystują
• Ponieważ If (maks.) Zależy od mocy znamionowej Pd (maks.) I wielkości chipa, ESR jest zawsze odwrotnie związany z Pd i nie jest już logarytmiczny, ale raczej prawie stały. - Tolerancja ESR może wynosić +/- 50% w całej produkcji, ale <5% w partii.
• $Z_{zt}$ If (mA) i jest tym samym i stosuje się prawo Ohma

Przykład:

$V_f= V_{th} + I_f*ESR ~~~~~$
- V jest kolanem krzywej jak próg Zenera (LED, Ge, Si itp.)

Zweryfikuj moje twierdzenia

Toshiba LED TL1-L3-XXX specyfikacje

• 2,85 V (typ) @ 350 mA, 1 A maks. (Impuls), więc zmierz ESR> 0,1 A.
• Pd (typ) = 2,85 * 350 mA = 1 W.
• (moja zasada) ESR = k / Pd dla k = 0,5 (dobra) do 1 (dobra)

Z arkusza kalkulacyjnego powyżej (wygenerowanego z arkusza danych ) zobacz, jak ESR (ciemnozielony) spłaszcza się powyżej Vf = 2,85V

• ESR @ If
  • (lewa oś Y vs. prawa oś Y)

 1.5 Ω @ 100mA
 1.0 Ω @ 175mA
 0.5 Ω @ 350 mA ( 2.85V )
 0.25Ω @ 1000 mA  ( absolute max)

Ponieważ powyższe oznacza współczynnik k ESR = 0,5, jest to doskonała wydajna dioda LED (więcej niż po prostu dobra) Diody LED małej mocy, takie jak 5 mm, mają zwykle k = 1, np. 65 mW, ESR = 16 Ω. Zasadniczo im lepsza jakość produktu i większy rozmiar, tym niższe k jest lepsze, przydatna liczba zasług (FoM). i pamiętaj, że tolerancja specyfikacji jest szeroka, ale twoje wyniki zależą od dostawcy.

Różne (tykające tandetne) Informacje

Diody są z natury logarytmiczne przez 4 dekady, kiedy są idealne. Jest to dioda dużej mocy, więc liniowy opór objętościowy jest dość mały w porównaniu z logarytmiczną naturalną odpowiedzią.

Często mówiłem o tym, w jaki sposób przyrostowy opór liniowy diod jest zgodny z odwrotną oceną Pd +/- 25% dla k = 0,5 do 1 dla ESR = k / Pd. To jest moje własne odkrycie, jeszcze nie nauczone, zgodne z większością diod i tranzystorów. chociaż ta część nie ma oceny Pd, to 5A@1.1 ~ 1,7 @ 60'C oznacza średnią. 7 W lub ESR od 0,07 do 0,14 oma lub śr. wzrost o 0,1 V na Amp. Daje to przybliżoną krzywą krzywej w zakresie od 1 do 10A, powyżej której staje się liniowa, jak pokazano na krzywej na wykresie log-lin na ryc. 4 na http://www.eicsemi.com/DataSheet/HER501_8.pdf

Ale pokazana krzywa dotyczy tylko wąskiego impulsu, w którym temperatura złącza jest regulowana na stałym poziomie 25 ° C.

Ale w przypadku ESR przebiega ona nieco w sposób liniowy między 10% a 100% maksymalnego prądu znamionowego. Poniżej tego przyrostowy R jest logarytmiczny.

Więc tak i nie są twoje odpowiedzi. To zależy od ESR.

Nie przestrzegają prawa Ohma, ale to nie czyni porównania bezużytecznym.

Po pierwsze, rozważmy, że jeśli mam jakieś dwie wartości, takie jak napięcie i prąd, mogę zdefiniować jakąś funkcję R, która jest „rezystancją” równą obu. W tym przypadku R diody („rezystancja” diody) jest wysoce nieliniowe. Biorąc pod uwagę, że mogę stworzyć taką relację dla praktycznie dowolnego urządzenia, które podoba mi się, twierdzenie, że diody są zgodne z Prawem Ohma, przypomina powiedzenie „wszystko można zrzucić z powietrza przynajmniej raz”. ( Zasada 11 )

Jednak ta zależność może być bardzo przydatna w przypadku modeli o małym sygnale. Weźmy podstawowy region wykładniczy zachowania diody:$I=I_0e^{kV}$, gdzie $ k jest pewną stałą dla tej konkretnej diody. Jeśli wezmę pochodną, ​​rozumiem$\frac{dI}{dV}=kI_0e^{kV}$. Mogę tego użyć do skonstruowania małego modelu sygnału dla diody obciążonej pewnym napięciem. Tak długo, jak małe napięcie sygnału jest wystarczająco małe, nie spowoduje to zbyt wielu efektów nieliniowych, i mogę wykonać pewne projekty obwodów, jakby dioda była rezystorem.

Prawo Ohma działa na wiele rzeczy oprócz prądu i napięcia przez rezystory. Ale gdziekolwiek spróbujesz go zastosować, w końcu zawiedzie. W przypadku opornika awaria występuje, gdy prąd i napięcie są wystarczająco wysokie, aby spowodować wzrost rezystora w dymie. W przypadku obwodów magnetycznych prawo omu nie działa, gdy część obwodu jest nasycona. Może to również dotyczyć przepływu płynu przez rury, modeli nielegalnej imigracji i wielu innych.

Dla zwykłych diod istnieje DIODE EQUATION, opracowane przez IIRC przez Shockley. Jest to I = Io (e ^ (Vd / nVt) -1). Dioda nie przestrzega prawa omowego. Więcej informacji na stronie https://en.wikipedia.org/wiki/Diode_modelling . Oczywiście ten model, podobnie jak wszystkie inne, ma ograniczenia, powyżej których się nie udaje.

W zwykłym modelowaniu obwodów używam przełącznika sterowanego napięciem szeregowo ze źródłem napięcia około 0,6 wolta. Poniżej 0,6 V przełącznik jest otwarty i nie płynie prąd. Powyżej 0,6 V przełącznik zamyka się, a spadek napięcia jest ograniczony przez źródło napięcia do 0,6, bez względu na prąd. Działa to wystarczająco dobrze w większości obwodów.

Zwróć uwagę, że kalkulator WP-34s zawiera funkcję W Lamberta, której możesz użyć do natychmiastowego rozwiązania równania diodowego bez iteracji, ale to jest poza zakresem twojego pytania.

Przy wysokich częstotliwościach diody mają indukcyjność i pojemność, które trzeba będzie wymodelować, więc uważaj, jeśli spotkasz się z taką sytuacją.

Twój przyjaciel myli „prawo Ohma”, które określa liniową zależność między napięciem a prądem z możliwością określenia rezystancji różnicowej, lokalną zależność między napięciem a prądem w danym punkcie pracy. Pierwsze z nich jest faktycznym prawem, które zawiera nakazowe stwierdzenie, drugie jest zasadniczo mniej więcej opisowe i zakłada jedynie istnienie związku między napięciem a prądem.

Należy zauważyć, że punktu pracy nie można nawet jednoznacznie opisać prądem: na przykład dioda tunelowa ma fazę ujemnej rezystancji różnicowej, ponieważ efekt tunelowania jest zastępowany przez normalne zachowanie diody, gdzie prąd maleje wraz ze wzrostem napięcia. Dzięki temu nadaje się do napędzania oscylatorów.

Diody są nieliniowe (niezależnie od tego, czy emitują światło, czy nie).

„Nieliniowy” oznacza, że ​​nie przestrzegają one prawa Ohma w zwykły sposób, podobnie jak rezystory, grzejniki, długie przewody itp.

 E=IR              E (volts) = I (amps) x R (ohms).  

W każdej chwili pojawia się wartość E i I, więc można obliczyć efektywne R.

Ale prawo Ohma daje poczucie, że R pozostaje stały, jeśli zmienia się E lub I: jeśli E podwaja się, ja też muszę podwoić. Nie dotyczy to rzeczy nieliniowych, takich jak diody.

Prawo Ohma jest równaniem liniowym, a utrzymywanie wszystkich innych rzeczy prowadzi do wykresu linii prostej. Dioda jest klasyfikowana jako urządzenie nieliniowe, a twierdzenie, że jest inaczej, jest tym samym, co stwierdzenie, że definicja liniowej jest błędna. Czy na poważnie zastosowałbyś tę samą analogię do wykresów kwadratowych lub sześciennych? Mówienie, że dioda jest zgodna z prawem omowym, brzmi jak cytat polityka - i jak wiarygodne.

Rzeczywista ogólna idea oporu to $R = \frac{dI}{dV}$.

W obwodach pasywnych wszystko jest liniowe, a rezystancja również $R = \frac{dI}{dV} = \frac{V}{I}$ - pochodna jest stała, liniowa.

To ten liniowy opór (stały), że ludzie myślą najpierw, gdy mówimy o oporze. Są „opornikami”. Wygodnie jest również, że inne aktywne składniki nie muszą być wyrażane w kategoriach czystej odporności. Nawet w przypadku rezystancji pasożytniczych (oporność przedniej diody pasożytniczej, FET)$R_{OUT}$itp.), traktujemy je jako oporniki. To utrwala więc pogląd, że rezystancja dotyczy tylko rezystorów.

Ale naprawdę, jeśli weźmiemy $R = \frac{dI}{dV}$, prawie każdy element, który ma na nich spadek napięcia i umożliwia przepływ prądu do lub z co najmniej jednego zacisku, można wyrazić jako mający „rezystancję”.

Prawdopodobnie będę żałować, mówiąc „przepłynąć do lub z co najmniej jednego terminala”, ponieważ nie ma takiego praktycznego elementu (prawdopodobnie anteny, ale nie jestem pewien)

RÓWNIEŻ, nie kupuj od firmy Lees's Electronics, mogą pomylić się z odesłaniem ci części odłożonych na bok dla mnie i może to spowodować wadliwe komponenty.