Warum ist die Durchlassspannung der Diode konstant?

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Wenn Sie eine Diode mit einer bestimmten Sperrspannung (z. B. 0,7 V für Si) haben und eine Spannung anlegen, die über diesem Sperrpotential liegt, warum bleibt die Spannung über der Diode bei 0,7 V?

Ich verstehe, dass die Ausgangsspannung über der Diode ansteigt, wenn ein sinusförmiger Eingang angelegt wird, bis die 0,7-Marke erreicht ist. Ich verstehe jedoch nicht, warum sie nach diesem Punkt konstant bleibt.

Für mich ist es sinnvoll, dass jedes Potential, das größer als dieses Sperrpotential ist, den Strom durchlässt, und dementsprechend sollte das Potential über der Diode die angelegte Spannung minus 0,7 V sein.

voltage diodes

— sdpatel
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Wer hat dir gesagt, dass es konstant ist?

— Dmitry Grigoryev

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"Warum ist die Durchlassspannung der Diode konstant?" Es ist nicht so, also ist der Rest der Frage ziemlich sinnlos.

— Olin Lathrop

@DmitryGrigoryev in Einführung in Elektronikkurse an meiner Universität zumindest sind alle Dioden in Hausaufgaben Probleme und Prüfungen Konstant-Durchlassspannungsdioden.

— Taylor Swift

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@taylorswift Zu diesem Zweck haben wir ideale Dioden verwendet. Der Vorteil einer idealen Diode ist, dass Sie wissen, dass sie ideal ist, sodass für Fragen wie diese kein Platz ist.

— Dmitry Grigoryev

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Nur weil es eine Frage war, die ich mir vor Jahren bei Elektronikkursen gestellt habe: Es ist eine berechtigte Frage und die Antworten sind für Anfänger sehr lehrreich. Sie sollten eine der massiv überstimmten Antworten akzeptieren.

— Benj

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Die Spannung an der Diode bleibt nicht bei ca. 0,7 V. Wenn Sie den Strom erhöhen, erhöht sich auch die Durchlassspannung (hier: 1N400x):

1N4001 Durchlassspannung gegen Durchlassstrom

Wenn Sie den Strom weiter erhöhen, wird die Verlustleistung zu groß und die Diode wird schließlich zu einer LED (Leuchtdiode) und kurz darauf zu einer SED (Rauchdiode). Eine größere Durchlassspannung kann also in der Praxis nicht auftreten.

— CL.
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massives upvote für die rauchemittierende diode

— peufeu

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NED = Noise Emitting Diode. ;-)

— Mike Waters

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Trat nur bei, um dies für SED zu befürworten.

— TheValyreanGroup

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lol. Es ist zu beachten, dass die obige Auftragung den logarithmischen Strom gegen die lineare Spannung darstellt. Eine gerade Linie (links) ist also eine exponentielle Kurve. Das heißt, der Strom steigt viel schneller als die Spannung. so bewegt sich die Spannung ein wenig von 0,7 V, aber nicht viel, bevor Sie SED getta.

— Robert Bristow-Johnson

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In meinen College-Tagen (70er Jahre) hatte ich einen Mitbewohner, der überschüssige Computerplatinen mit Tonnen von Glasdioden kaufte. Er klemmte die Enden eines Netzkabels nacheinander über jede Diode, stellte ein Schnapsglas über die Diode und steckte das Kabel in die Steckdose. Es gab Ton und Licht, aber im Grunde keinen Rauch, als die Diode verdampfte. Die heißen Glasspritzer würden sich auf der Innenseite des Schnapsglases ablagern. Nach Hunderten von Dioden bildete sich eine beträchtliche Schicht in seinem Schnapsglas. (Bitte vermeiden Sie dies zu Hause, es war eine dumme und möglicherweise gefährliche Aktivität).

— Michael Karas

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Spannung ist das, was wir beobachten und messen können, aber was sich auch ändert, ist Widerstand.

Eine Diode beginnt als ein großer Widerstand, da Sie an sie eine Spannung anlegen, deren Widerstand ziemlich konstant bleibt, bis Sie sich der Durchlassspannung nähern. An diesem Punkt beginnt der Widerstand zu fallen.

Nach dem Knie ist der Widerstand sehr gering. Jede weitere Erhöhung nach dem Knie führt zu einer geringen Änderung des Widerstands.

Da R gesunken ist, muss man den Strom stark erhöhen, um diese Spannung aufrechtzuerhalten. Die Diode ist zu einem kleinen Widerstands- "Schalter" geworden und kann daher als EIN bezeichnet werden.

Das vollständige Spannungsverhältnis einer Diode sieht folgendermaßen aus.

Die Steigung vor dem Knie ist der Vorwärts-Aus-Leitwert (1 / R), die Steigung hinter dem Knie ist der Vorwärts-Ein-Leitwert.

Die eigentliche Mathematik ist natürlich viel komplizierter, aber ich finde, diese Beschreibung hilft den Leuten zu verstehen.

— Trevor_G
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"Nach dem Knie ist der Widerstand sehr gering. Jede weitere Erhöhung nach dem Knie führt zu einer geringen Änderung des Widerstands" - richtig, aber die meisten Dioden werden nicht viel nach dem Knie betrieben, da dies zu einem übermäßigen Spannungsabfall (und zu einer Verlustleistung) führt.

— Bruce Abbott

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Betreff: "Was sich tatsächlich ändert, ist Widerstand." Wenn Sie einen Physiker fragen, was "tatsächlich" passiert, erhalten Sie ein Ohr voller Quantenfeldtheorien. Das Wort "Widerstand" stammt von Georg Ohms Modell, wie Elektrizität in Leitern fließt. Eine PN - Diode passt nicht wirklich das Modell, aber wenn es hilft Ihnen variablen Widerstand der Dioden haben zu denken, dann ist es Teil Ihres Modells. Wenn es bei Ihnen funktioniert, dann Hey! Es funktioniert für dich. Solange wir uns alle auf die gleiche I / V-Kurve einigen, ist alles cool.

— Solomon Slow

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@sdpatel, Entschuldigung, ich kenne mich mit Festkörperphysik nicht aus. Ich bin nur ein Software-Freak, der manchmal an einfachen elektronischen Schaltkreisen herumspielt. Mein Verständnis von Halbleiterdioden beschränkt sich auf die Idee, dass der Arbeitspunkt irgendwo auf dieser festen Kurve liegt , solange Sie die Magie nicht ausrauchen lassen . Die meiste Zeit benutze ich ein noch einfacheres Modell: Das Modell mit der Aufschrift "Die Durchlassspannung liegt in der Nähe von N Volt" (wobei N davon abhängt, ob es sich um eine bestimmte LED-Farbe handelt, eine Schottkey-Diode, oder ein 1N400_x_.)

— Solomon Slow

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Das VI-Diagramm ist einfach falsch. Es ist ein "künstlerischer Eindruck", wie eine Änderung der Skala von positivem (mA) zu negativem (uA) Strom aussehen würde. Und der Künstler hat es sehr falsch verstanden. Es gibt keine Wendepunkte in der Nähe des Ursprungs. Die Kurve ist im Grunde genommen eine exponentiell übersetzte Kurve, die durch den Ursprung verläuft. Wenn Sie es richtig skalieren, scheint es in der Nähe des Ursprungs eine Diskontinuität zu geben. Der Künstler wollte eine hübsche Kurve machen und verband die beiden Seiten mit der wohl hübschesten wackeligen Linie. Ergebnis: Ein falscher Graph, der die Schüler in der ganzen Galaxis verwirrt.

— Sredni Vashtar

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@ Trevor, wow, das war schnell! :-) Es wäre gut, sich an den Autor der Website zu wenden, von der aus darauf hingewiesen wurde, dass sie falsch ist. Ich scheine den Stil zu erkennen, kann mich aber nicht erinnern, um welche Tutorial-Seite es sich handelt ...

— Sredni Vashtar

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Warum bleibt die Spannung an der Diode bei 0,7 V?

Das tut es nicht. Die meiste Zeit ist eine konstante Spannung von 0,7 V gut genug, ebenso wie eine ebene Erde gut genug ist, um durch die Stadt zu fahren.

— dannyf
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Dioden haben eine logarithmische Beziehung zwischen dem Strom durch die Diode und der Spannung über der Diode. Ein Anstieg des Stroms um 10: 1 führt zu einem Anstieg von 0,058 Volt über der Diode. (Die 0,058 V hängen von mehreren Parametern ab, aber Sie können diese Zahl in vielen On-Chip-Silizium-Bandlücken-Spannungsreferenzen sehen.)

Was passiert, wenn sich der Strom um 1.000: 1 erhöht oder verringert? Sie sollten damit rechnen, dass sich (mindestens) 3 * 0,058 Volt in der V- _Diode ändern .

Was ist, wenn sich die Stromstärke um 10.000: 1 ändert? Erwarten Sie mindestens 4 * 0,058 Volt.

Bei hohen Strömen (1 mA oder mehr) beginnt der Volumenwiderstand des Siliziums das logarithmische Verhalten zu beeinflussen, und Sie erhalten eine geradlinigere Beziehung zwischen der I- _Diode und der V- _Diode .

Die Standardgleichung für dieses Verhalten beinhaltet somit "e", 2,718

ich d ich O d e = ich s * [e^{-} (q * V d ich O d e / K * T * n) - 1]

$Idiode = Is * [e^-(q*Vdiode/K*T*n) - 1]$

ich d ich O d e = ich s * [e^{-} V d ich O d e / 0,026 - 1]

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

Das gleiche Verhalten besteht übrigens für Bipolartransistor-Emitter-Basis-Dioden. Unter der Annahme von 0,60000000 Volt bei 1 mA und 1 µA sind 3 · 0,058 V = 0,174 V weniger zu erwarten. Bei 1 Nanoampere sind 6 * 0,058 V = 0,348 V weniger zu erwarten. Bei 1 Picoampere sind 9 × 0,058 Volt = 0,522 Volt weniger zu erwarten (was dazu führt, dass die Diode nur 78 Millivolt durchläuft); vielleicht ist dieses puren-Log - Verhalten hört auf, ein genaues Werkzeug, in der Nähe von null Volt V seine _Diode .

Hier ist ein Vbe-Plot über 3 Jahrzehnte von Ic; wir erwarten mindestens 3 * 0,058 Volt oder 0,174 Volt; Realität für diesen Bipolartransistor ist 0,23 Volt.

— analogsystemsrf
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Wie die anderen Antworten bereits erklärt haben, ist die Spannung bei 0,7 V nicht konstant, aber ich nehme an, dass Sie dies anhand der Bezugnahme auf das Barrierepotential in Ihrer Frage erkennen und mehr über die Halbleiterphysik fragen, die dahintersteckt, warum dies geschieht.

Der Grund ist, dass der Verarmungsbereich einer Diode (bei anliegender Spannung Null), wie Sie bereits bemerkt haben, ein Sperrpotential von etwa 0,7 V erzeugt (unter der Annahme einer typischen Siliziumdiode). Wenn Sie eine Durchlassspannung anlegen, wird der Verarmungsbereich kleiner. Bei niedriger Spannung begrenzt der größere Verarmungsbereich den meisten Strom, und bei zunehmender Spannung führt der verringerte Verarmungsbereich zu einer Verringerung des Widerstands (und damit zu einem erhöhten Strom). Dies setzt sich fort, bis es sich ~ 0,7 V nähert, wo der Verarmungsbereich ebenso wie der Widerstand sehr klein ist. Dies bewirkt die exponentielle VI-Beziehung.

Dieser Artikel enthält einige gute Diagramme und Erklärungen, ebenso wie die Wiki-Seite .

— AngeloQ
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Der Punkt ist, dass Sie nicht "eine Spannung höher als dieses Barrierepotential anlegen können", die Diode lässt Sie nicht.

Das heißt, die Grenzimpedanz der Diode im Leitungsmodus ist geringer als die Quellenimpedanz Ihrer Spannungsversorgung: Ihre Spannungsquelle kann nicht mehr als "0,7 V" über eine 0,7-V-Diode treiben, sodass "die Spannung über der Diode bestehen bleibt [s] bei 0,7 V ".

Natürlich ist die Grenzimpedanz einer Diode im Leitungsmodus nicht genau Null, daher kommt es zu einem Spannungsanstieg, wenn Ihre Spannungsversorgung versucht, mehr als Null Strom zu liefern. Und die Grenzimpedanz Ihrer Spannungsversorgung ist möglicherweise sehr niedrig, vergleichbar mit einer Diode. Daher kann sie die Diodenspannung möglicherweise ziemlich hoch anheben, bevor die Diode ausfällt. Das sind die Effekte zweiter Ordnung. Das einfache Modell einer Diode, die über 0,7 V leitet, ist ein Gerät, das die Spannung durch Akzeptieren eines unendlichen Stroms begrenzt.

— David
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Wird die Diode mit ausreichender Vorspannung eingeschaltet, wirkt sie mit einem kleinen Vorwiderstand auf eine Spannungsquelle von 0,7 oder 0,6 (materialabhängig).

Wenn wir also die Eingangsspannung erhöhen, erhöht sich auch der Strom über dem kleinen Widerstand. Wenn sich die Eingangsspannung erhöht, ändert sich der Ausgang der Diode.

Normalerweise wird die Diode als ideal angesehen, sodass kein Widerstand in Reihe geschaltet ist. Die Spannung über der Diode bleibt also konstant.

— Gowthaman
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