Folgt eine Diode wirklich dem Ohmschen Gesetz?

Folgt eine Diode wirklich dem Ohmschen Gesetz?

Das Ohmsche Gesetz besagt, dass der Strom durch einen Leiter zwischen zwei Punkten direkt proportional zur Spannung über den beiden Punkten ist.

Wenn man die Proportionalitätskonstante und den Widerstand einführt, gelangt man zu der üblichen mathematischen Gleichung, die diese Beziehung beschreibt: I = V / R, wobei I der Strom durch den Leiter in Einheiten von Ampere ist, V die Spannung ist, die über den Leiter in Einheiten gemessen wird von Volt, und R ist der Widerstand des Leiters in Einheiten von Ohm. Insbesondere besagt das Ohmsche Gesetz, dass das R in dieser Beziehung unabhängig vom Strom konstant ist. "

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

Ein Elektroingenieur sagte mir jedoch, dass eine Diode dem Ohmschen Gesetz entspricht, mit der Ausnahme, dass sie einen variierenden Widerstand aufweist, der sich automatisch ändertV = IR , um einen relativ konstanten Spannungsabfall für jeden Strom aufrechtzuerhalten.

Ist das wahr?

Folgt es dem Ohmschen Gesetz oder nicht?

Wenn Sie am Ende einer Stromversorgung eine Diode anbringen, bei der die Anode an + und die Kathode nicht angeschlossen sind, tritt weiterhin ein Spannungsabfall ohne Stromfluss auf. Erklär das.

Das folgende Diagramm zeigt den Spannungsabfall in Bezug auf den Strom einer HER508-Diode:

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

Dies ist wirklich keine Schwarz-Weiß-Frage, und viele Leute werden argumentieren, dass sie nicht dem "Ohmschen Gesetz" folgt, und je nachdem, wie Sie es argumentieren, können sie richtig sein.

Die Wahrheit ist jedoch, dass sich der Widerstand einer Diode in Abhängigkeit von dem angelegten Strom oder der angelegten Spannung ändert. Daher können Sie den Widerstand einer Diode nicht einfach nachschlagen und mithilfe des "Ohmschen Gesetzes" das Verhältnis zwischen Spannung und Strom nach der guten alten V = IR-Formel bestimmen, wie Sie es mit einem Widerstand tun können. Nach diesem Argument scheint keine Diode oder genauer gesagt der Halbleiter dem Ohmschen Gesetz nicht zu folgen.

Wenn Sie jedoch eine Schaltung mit einer Diode haben, die auf die Spannung V oder einen Vorstrom von I vorgespannt ist, ist der Widerstand der Diode unter diesen Bedingungen immer noch konstant. Das heißt, die Ohmsche Formel gilt immer noch, wenn sich die Diode im eingeschwungenen Zustand befindet. Wenn Sie versuchen, die Ausgangsimpedanz Ihrer Schaltung in diesem Zustand zu berechnen, ist es wichtig zu wissen, dass die Impedanz bei Bestätigung unterschiedlich ist, wenn sich die Schaltung in einem anderen Zustand befindet.

Tatsächlich würde ich sogar behaupten, dass eine Diode immer der Ohmschen Formel folgt. Ja V = IR. Im Fall der Diode R folgt jedoch eine ziemlich komplexe Gleichung , die V oder I als Variablen enthält.

Das ist für eine Diode

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

Also ja, mathematisch folgt es der Ohmschen Formel, nur nicht in einer Form, die für Sie von großem Nutzen ist, außer unter sehr spezifischen statischen Bedingungen.

Für diejenigen, die argumentieren "Ohmsches Gesetz gilt nicht, wenn der Widerstand nicht konstant ist", fürchte ich, dass dies ein falsches Zitat von Maxwell ist. Ohm meinte damit, dass der Widerstand unter stabilen Anregungsbedingungen zeitlich konstant sein sollte. Das heißt, der Widerstand kann sich ohne Änderung der angelegten Spannung und des Stroms nicht spontan ändern. Die Wahrheit ist, nichts hat einen festen Widerstand. Sogar Ihr bescheidener Viertelwatt-Widerstand ändert seinen Widerstandswert, wenn er sich erwärmt und älter wird.

Wenn Sie denken, dass dies nur die Meinung eines Mannes ist, dann haben Sie Recht, sein Name ist
Georg Simon Ohm

Wahrscheinlich haben Sie sein Werk noch nie gelesen oder, wenn Sie Deutsch lesen, die Originalfassung . Wenn Sie dies jemals tun, und ich warne Sie auf 281 Seiten oder in veralteter englischer und elektrischer Terminologie, dass es sehr schwer zu lesen ist, werden Sie feststellen, dass er in der Tat nichtlineare Geräte behandelt hat und sie als solche aufgenommen werden sollten im Ohmschen Gesetz. Tatsächlich gibt es einen 35-seitigen Anhang, der sich ausschließlich dem Thema widmet. Er räumt sogar ein, dass dort noch etwas zu entdecken sei, und lässt es für weitere Untersuchungen offen.

Ohms Law heißt es .. nach Maxwell ..

"Die elektromotorische Kraft, die zwischen den Extremitäten eines Teils eines Stromkreises wirkt, ist das Produkt der Stromstärke und des Widerstands dieses Teils des Stromkreises."

Das ist jedoch nur ein Teil von Ohms These und wird in Ohms Worten durch die Aussage qualifiziert, "ein Spannungskreis ... der seinen permanenten Zustand angenommen hat" , definiert in der Arbeit, und ich umschreibe, als jedes Element, dessen Widerstand abhängig ist, qualifiziert es muss erlaubt sein, dass sich die angelegte Spannung oder der angelegte Strom oder irgendetwas anderes in seinem ausgeglichenen Zustand einstellt. Außerdem muss nach jeder Änderung der Erregung des gesamten Schaltkreises ein Neuausgleich erfolgen, bevor die Formel wirksam wird. Maxwell hingegen qualifiziert es als, R darf sich nicht mit V oder I ändern.

Das ist vielleicht nicht das, was Ihnen in der Schule beigebracht wurde oder was Sie aus vielen seriösen Quellen zitiert oder gelesen haben, aber es ist von Ohm selbst. Das eigentliche Problem ist, dass viele Menschen nur eine sehr vereinfachte Interpretation der von Maxwell verfassten Ohmschen These wahrnehmen oder verstehen, die möglicherweise fälschlicherweise über die Jahrzehnte verbreitet wurde, seit der große Mann seine Arbeit tatsächlich als "Ohmsches Gesetz" ausgeführt hat.

Was natürlich ein Paradoxon hinterlässt.

Die Tatsache ist, Ohm einfach ausgedrückt, sobald sie sich in einem stabilen Zustand befindet, ist die Spannung über dem Stromkreis die Summe aus dem Strom und den Widerständen der Teile.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

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

Wobei R3 der Widerstand ist, in den sich die Diode einpendelt. Als solches spielt es keine Rolle, ob R3 eine Diode ist oder nicht. Welches ist natürlich richtig. Andererseits impliziert Maxwell, dass die Formel nicht gilt, da die Schaltung ein nichtlineares Element enthält, was natürlich falsch ist.

Glauben wir also, dass das, was Maxwell geschrieben hat, ein Fehler in der Vereinfachung war und passen zu dem, was Ohm wirklich gesagt hat, oder werfen wir das, was Ohm wirklich gesagt hat, weg und passen zu Maxwells Vereinfachung, die nichtlineare Teile im Dunkeln lässt?

Wenn Sie glauben, dass eine Diode nicht zu Ihrem mentalen Modell des Ohmschen Gesetzes passt, dann ist Ihr Modell des Ohmschen Gesetzes tatsächlich das Maxwellsche Gesetz. Etwas, das als Teilmenge der Ohmschen These qualifiziert werden muss. Wenn Sie glauben, dass eine Diode zum Modell passt, zitieren Sie wirklich die These von Ohm.

Wie gesagt, es ist nicht schwarz und weiß. Am Ende spielt es keine Rolle, da es nichts ändert.

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

Ihr Freund beschreibt einfach das Verhalten einer Standarddiode (Silizium, Nicht-Schottky), deren vi-Kurve eine Exponentialkurve ist, die im Wesentlichen Null ist (für einen Graphen, der mA als Stromachse verwendet) und bei etwa 0,6 sichtbar ansteigt Volt und die normalerweise sehr hohe Ströme von etwa 0,7 Volt treffen. Das heißt, der dynamische Widerstand ist bei niedrigen Strömen sehr hoch und fällt nach (ungefähr) 0,6 Volt schnell ab. Dies bedeutet, dass wenn Sie eine Diode mit Durchlassvorspannung haben, die von einer variablen Spannung und einem festen Widerstand angesteuert wird, die Durchlassspannung der Diode über einen weiten Spannungsbereich ziemlich nahe an 0,6 oder 0,7 Volt liegt.

Dioden folgen nicht dem Ohmschen Gesetz. Wie Sie in Ihrer zitierten Passage sehen können, besagt das Ohmsche Gesetz ausdrücklich, dass R konstant bleibt. Wenn Sie versuchen, R aus V / I zu berechnen, während Sie die Kurve der Dioden IV betrachten, werden Sie feststellen, dass sich "R" ändert, wenn Sie die Spannung erhöhen.

Ihr Elektrofachmann ist falsch. Zu sagen, dass "der Widerstand variiert, um einen konstanten Vdrop aufrechtzuerhalten", ist völlig bedeutungslos. In diesem Fall ist der "Widerstand" buchstäblich nur V / I, was sich ändert. Wenn Sie zulassen, dass R einen Wert in V = IR hat, wird die Gleichung unbrauchbar, da Sie nichts vorhersagen können.

In Ihrer Situation würde kein Spannungsabfall auftreten. Beide Seiten des Geräts haben die gleiche positive Spannung (relativ zum - Anschluss der Stromversorgung).

Das Ohmsche Gesetz besagt, dass der Strom durch einen Leiter zwischen zwei Punkten direkt proportional zur Spannung über den beiden Punkten ist.

1. Eine Diode ist kein Leiter.

2. „... direkt proportional zu ...“ ist eine lineare Beziehung zwischen Spannung und Strom über einen wesentlichen Betriebsbereich, was eindeutig nicht der Fall ist.

Also nein; Eine Diode folgt nicht dem Ohmschen Gesetz.

Eine Diode ist eine Diode und folgt und kümmert nichts, was wir darüber denken, schreiben oder uns vorstellen.

Die Frage könnte also auf den Kopf gestellt werden
"Kann eine Dioden-I / V-Charakteristik unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes modelliert werden?"

In diesem Fall könnte die Antwort lauten:
"Ja, unter bestimmten Bedingungen kann das Ohmsche Gesetz angewendet werden, obwohl es definitiv weder die beste noch die erste Option ist."

$v=R\,i$$R=f(i)$ ist in der Tat ein großer Kopfschmerz, wenn Zahlen wirklich geknackt werden müssen.

Tatsächlich können viele, viele Modelle an das Diodenverhalten angepasst werden. Es ist die Aufgabe, genau das richtige für Ihre Anwendungen zu finden.

Die Diode könnte auch als Kondensator modelliert werden:

$v=\frac{1}{C}\int i\,{\mathrm{dt}}$$\frac{1}{C}=f(v,i,t)$ springt von Null auf und ab mit geeigneten Dirac-Deltas, um die I / V-Charakteristik der Diode zu erreichen.

Dies ist offensichtlich eine total verrückte Idee, und niemand, der vernünftig ist, würde daran denken, sie auch nur zu gebrauchen.

Ich möchte nur klarstellen, dass Modelle nur Modelle sind. Sie haben nichts mit "Realität" zu tun - was auch immer es bedeutet - und sie haben Recht, solange sie die "richtigen" Antworten geben. Dann sind einige von ihnen besser für den Zweck geeignet.

Je nachdem, wonach wir suchen, wird das am besten geeignete Modell gefunden:
Konstanter Abfall / Schwellenwert, konstanter Abfall und fester Widerstand, Exponentialmodelle und verschiedene Differentialmodelle sind mit Sicherheit weitaus besser als der Versuch, das unwillige Ohmsche Gesetz durchzusetzen.

... Ich wurde von einem anderen Elektrotechniker darauf hingewiesen, dass eine Diode dem Ohmschen Gesetz V = IR entspricht, mit der Ausnahme, dass sie einen variierenden Widerstand aufweist, der sich automatisch ändert, um einen relativ konstanten Spannungsabfall für jeden Strom aufrechtzuerhalten. Ist das wahr?

Ja

• aber nur für inkrementelle Spannung, wenn gesättigt und der feste Widerstandswert hat eine große Toleranz, aber Sie können nominelle VI-Kurve berücksichtigen.

Was ist gesättigt? Wenn der dynamische logarithmische Widerstand geringer wird als der feste Volumenwiderstand, so dass der ESR nahezu konstant ist und das Ohmsche Gesetz gilt.

• Beachten Sie, dass das folgende def'n falsch ist !!
  Eine Diode, die den maximal möglichen Strom durchläuft, also die anliegende Spannung weiter erhöht, hat keinen Einfluss auf den Strom. McGraw-Hill-Wörterbuch der wissenschaftlichen und technischen Begriffe, 6E, Copyright © 2003, McGraw-Hill Companies, Inc.

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

Welcher Strom wird also benötigt, um die ESR zu messen?

• Sie wird linearer und fester in der Nähe des Bemessungs-Vf @ -Stroms If und kann allgemein für die meisten Dioden vorhergesagt werden, die dies verwenden
• Da If (max) von der Nennleistung Pd (max) und der Chipgröße abhängt, ist ESR immer umgekehrt zu Pd und nicht mehr logarithmisch, sondern nahezu konstant. - Die ESR-Toleranz kann +/- 50% über die gesamte Produktion betragen, in einer Charge jedoch <5%.
• $Z_{zt}$

Beispiel:

$V_f= V_{th} + I_f*ESR ~~~~~$

Überprüfen Sie meine Behauptungen

Toshiba LED TL1-L3-xxx - Spezifikationen

• 2,85 V (typ.) Bei 350 mA, max. 1A (Impuls), messen Sie also den ESR> 0,1 A.
• Pd (typ) = 2,85 × 350 mA = 1 W
• (meine Regel) ESR = k / Pd für k = 0,5 (gut) bis 1 (fair)

In der obigen Tabelle (generiert aus dem Datenblatt ) sehen Sie, wie sich der ESR (dunkelgrün) über Vf = 2,85 V abflacht

• ESR @ If
  • (linke Y-Achse vs. rechte Y-Achse)

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

Da der oben genannte ESR k Faktor = 0,5 bedeutet, ist dies eine ausgezeichnete, effiziente LED (mehr als nur gut). LEDs mit geringer Leistung wie 5 mm haben tendenziell k = 1, z. B. 65 mW, ESR = 16 Ω. Je besser die Produktqualität und je größer die Größe, desto besser ist im Allgemeinen ein niedrigeres k, ein nützliches Leistungsmerkmal (FoM). und denken Sie daran, dass die Toleranz für Spezifikationen groß ist, Ihre Ergebnisse jedoch vom Lieferanten abhängen.

Verschiedenes (ticky tacky) Info

Dioden sind im Idealfall über 4 Jahrzehnte logarithmisch. Dies ist eine Diode mit großer Leistung, so dass der lineare Volumenwiderstand im Vergleich zum logarithmischen natürlichen Verhalten recht klein ist.

Ich habe oft darüber gesprochen, wie der inkrementelle lineare Widerstand von Dioden der inversen Pd-Bewertung +/- 25% für k = 0,5 bis 1 für ESR = k / Pd folgt. Dies ist meine eigene Entdeckung, die noch nicht mit den meisten Dioden und Transistoren übereinstimmt. Obwohl dieser Teil keine Pd-Bewertung hat, impliziert er 5A @ 1,1 ~ 1,7 @ 60 ° C einen Durchschnitt. von 7 W oder einem ESR von 0,07 bis 0,14 Ohm oder einem Durchschn. 0,1 V Anstieg pro Ampere. Dies gibt eine Schätzung des Baseballstadions der Kurve im Bereich von 1 bis 10 A, die linear wird, wie durch die Kurve im log-lin-Diagramm von Abb. 4 in http://www.eicsemi.com/DataSheet/HER501_8.pdf gezeigt

Diese von Ihnen gezeigte Kurve ist jedoch nur für schmale Impulse gedacht, bei denen die Sperrschichttemperatur auf eine konstante Temperatur von 25 ° C geregelt wird.

Bei ESR folgt sie jedoch einer etwas linearen Kurve zwischen 10% und 100% des maximalen Nennstroms. Darunter ist das inkrementelle R logarithmisch.

Also ja und nein sind deine Antworten. Es hängt vom ESR ab.

Sie folgen nicht dem Ohmschen Gesetz, aber das macht den Vergleich nicht unbrauchbar.

Denken Sie zunächst daran, dass ich, wenn ich zwei Werte wie Spannung und Strom habe, eine Funktion R definieren kann, die ein "Widerstand" ist, der die beiden gleichsetzt. In diesem Fall ist das R einer Diode (der "Widerstand" einer Diode) stark nichtlinear. Angesichts der Tatsache, dass ich eine solche Beziehung für praktisch jedes Gerät aufbauen kann, das ich möchte, ist die Behauptung, dass Dioden dem Ohmschen Gesetz folgen, mit der Aussage vergleichbar, dass "alles mindestens einmal aus der Luft fallen kann". ( Regel 11 )

Diese Beziehung kann jedoch für Kleinsignalmodelle sehr nützlich sein. Nehmen wir den grundlegenden Exponentialbereich des Verhaltens einer Diode:$I=I_0e^{kV}$, wobei $ k eine Konstante für diese bestimmte Diode ist. Wenn ich das Derivat nehme, bekomme ich$\frac{dI}{dV}=kI_0e^{kV}$. Ich kann dies verwenden, um ein kleines Signalmodell für eine Diode zu konstruieren, die mit einer bestimmten Spannung vorgespannt ist. Solange die kleine Signalspannung klein genug ist, werden nicht zu viele nichtlineare Effekte erzeugt, und ich kann einige Schaltungsentwürfe durchführen, als ob die Diode ein Widerstand wäre.

Das Ohmsche Gesetz funktioniert nicht nur für Strom und Spannung durch Widerstände. Aber wo immer Sie versuchen, es anzuwenden, wird es schließlich scheitern. Bei einem Widerstand kommt es zu einem Zusammenbruch, wenn Strom und Spannung so hoch sind, dass der Widerstand in Rauch aufsteigt. Bei Magnetkreisen versagt das Ohmsche Gesetz, wenn ein Teil des Stromkreises gesättigt ist. Dies kann auch für den Flüssigkeitsfluss durch Rohre, Modelle der illegalen Einwanderung und vieles mehr gelten.

Für gewöhnliche Dioden gibt es die von Shockley entwickelte DIODE EQUATION IIRC. Es ist I = Io (e ^ (Vd / nVt) -1). Eine Diode folgt nicht dem Ohmschen Gesetz. Weitere Informationen finden Sie unter https://en.wikipedia.org/wiki/Diode_modelling . Natürlich hat dieses Modell, wie alle anderen, Grenzen, an denen es scheitert.

Bei der gewöhnlichen Schaltungsmodellierung verwende ich einen spannungsgesteuerten Schalter in Reihe mit einer Spannungsquelle von ungefähr 0,6 Volt. Bei weniger als 0,6 Volt ist der Schalter offen und es fließt kein Strom. Oberhalb von 0,6 Volt schließt der Schalter und der Spannungsabfall wird durch die Spannungsquelle auf 0,6 begrenzt, unabhängig vom Strom. Dies funktioniert in den meisten Schaltungen gut genug.

Beachten Sie, dass der WP-34s-Rechner die Lambert-W-Funktion enthält, mit der Sie die Diodengleichung sofort und ohne Iteration lösen können. Dies würde jedoch den Rahmen Ihrer Frage sprengen.

Bei hohen Frequenzen weisen Dioden eine Induktivität und Kapazität auf, die modelliert werden müssen. Seien Sie also vorsichtig, wenn Sie auf eine solche Situation stoßen.

Ihr Freund verwirrt das "Ohmsche Gesetz", das eine lineare Beziehung zwischen Spannung und Strom mit der Fähigkeit angibt, den lokalen Differenzwiderstand zu spezifizieren Beziehung zwischen Spannung und Strom bei einem bestimmten Betriebspunkt . Ersteres ist ein tatsächliches Gesetz, das eine vorschreibende Aussage macht, letzteres ist im Grunde mehr oder weniger beschreibend und setzt nur das Bestehen einer Beziehung zwischen Spannung und Strom voraus.

Beachten Sie, dass der Arbeitspunkt nicht einmal eindeutig durch Strom beschrieben werden kann: Eine Tunneldiode hat beispielsweise eine Phase mit negativem Differenzwiderstand, da der Tunneleffekt durch normales Diodenverhalten ersetzt wird, bei dem der Strom mit zunehmender Spannung abnimmt. Dies macht es möglich, Oszillatoren anzusteuern.

Dioden sind nichtlinear (unabhängig davon, ob sie Licht emittieren oder nicht).

"Nichtlinear" bedeutet, dass sie nicht wie gewohnt dem Ohmschen Gesetz folgen, ebenso wie Widerstände, Heizungen, lange Drähte usw.

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

Zu jedem Zeitpunkt gibt es einen Wert für E und I, so dass ein effektives R berechnet werden kann.

Aber das Ohmsche Gesetz gibt einen Sinn, dass R konstant bleibt, wenn sich E oder ich ändern: Wenn sich E verdoppelt, muss ich mich auch verdoppeln. Das gilt nicht für nichtlineare Dinge wie Dioden.

Das Ohmsche Gesetz ist eine lineare Gleichung, und alles andere, was konstant gehalten wird, führt zu einer geraden Linie. Eine Diode wird als nichtlineares Bauelement eingestuft. Andernfalls ist die Definition von linear falsch. Würden Sie die gleiche Analogie ernsthaft mit einer quadratischen oder kubischen Zeichnung anwenden? Eine Diode zu sagen, die dem Ohmschen Gesetz folgt, klingt wie ein Zitat eines Politikers - und als glaubwürdig.

Die eigentliche allgemeine Vorstellung von Widerstand ist $R = \frac{dI}{dV}$.

Bei passiven Schaltungen ist alles linear und der Widerstand ist es auch $R = \frac{dI}{dV} = \frac{V}{I}$ - Die Ableitung ist eine Konstante, linear.

Es ist dieser lineare Widerstand (eine Konstante), über den die Leute zuerst nachdenken, wenn sie über Widerstand sprechen. Sie sind "Widerstände". Es ist auch zweckmäßig, dass die anderen aktiven Komponenten nicht in Form von reinem Widerstand ausgedrückt werden müssen. Auch bei parasitären Widerständen (Durchlasswiderstand der parasitären Diode, FET$R_{OUT}$usw) beschäftigen wir uns mit ihnen als Widerstände. Dies verfestigt also die Idee, dass Widerstand nur für Widerstände ist.

Aber wirklich, wenn wir nehmen $R = \frac{dI}{dV}$Nahezu jede Komponente, an der ein Spannungsabfall auftritt und an der Strom zu oder von mindestens einem Anschluss fließt, kann als "Widerstand" bezeichnet werden.

Ich werde es wahrscheinlich bereuen, gesagt zu haben, dass ich zu oder von mindestens einem Terminal fließen soll, da es keine solche praktische Komponente gibt (wahrscheinlich eine Antenne, aber ich bin nicht sicher).

Kaufen Sie AUCH nicht bei Lees's Electronics, sie könnten sich irren, wenn Sie Teile für mich beiseite legen, und Sie könnten fehlerhafte Komponenten erhalten.