Grundlegende Frage zum Spannungsabfall der Diode und zur Widerstandsposition

Ich bin neu hier und auch neu in der Elektrotechnik, also noch nichts Besonderes. Ich bastele immer noch an grundlegenden Komponenten wie Widerstand, LED, Kappen und Batterien. Ich glaube, ich habe die schlechte Seite des konventionellen + und - eingeholt, also möchte ich ein paar Fragen stellen.

Ich habe dieses Buch "All New Electronics Autodidaktischer Leitfaden, 3. Ausgabe" von Kybett und Boysen gelesen, um mich an etwas zu erinnern, was ich bisher gelernt habe. In Kapitel 2 über Diode bin ich auf die Idee des Spannungsabfalls in der Diode gestoßen. Bei einer Reihe von Widerständen ist es ziemlich einfach, es ist ein Verhältnis des Widerstandswerts, ein höherer Wert lässt mehr Spannung abfallen usw.

Wenn jedoch nach den Widerständen eine Diode eingeführt wird, müssen Sie zuerst die Quellenspannung mit dem Spannungsabfall der Diode verringern, bevor Sie den neuen Spannungsabfall jedes Widerstands messen können. Warum passiert dies? Ist es ziemlich bizarr, zuerst rückwärts zu zählen, wenn der aktuelle Wechsel von + nach - erfolgt?

Ich habe auch einige Beispiele gesehen, bei denen ein Widerstand vor der Anode eingeführt wird, was meiner Meinung nach logisch ist und nach der Kathode eingeführt wird, was ziemlich seltsam ist, da der Widerstand verwendet wird, um den Strom zu begrenzen, der in die LED fließt, aber in Wirklichkeit funktionieren beide in Ordnung ( Ich habe es in beide Richtungen versucht. Liegt das an positiver und negativer Ladung? Weil PN-Übergang, Löcher und p-Zeug?

Update (Anfrage von Anindo): Hier ist die Seite des Buches in Google Book

Vorherige Seiten, die in einfachen Reihen erklärt wurden, sind weg. Das vollständige Buch finden Sie auf Seite 47 (oder 71/450, Kapitel 2 beginnt bei 59/450) hier (Bitte bearbeiten Sie dies, wenn es gegen das Gesetz verstößt).

Sperrschichtdioden bestehen aus einem Einkristall aus Halbleitermaterial, der so verändert wurde, dass er einen PN-Übergang bildet.

Halbleiter liegen irgendwo zwischen den Leitern (metallischen Elementen) und den Nichtleitern (nichtmetallischen Elementen). Im Allgemeinen ist reiner (intrinsischer) Halbleiter ein Element mit 4 Elektronen in seiner Außenhülle und ist elektrisch ziemlich nutzlos. Es ist weder ein guter Leiter noch ein guter Isolator. Die ersten Halbleiter verwendeten Germanium. Geräte verwenden heute Silizium.

Der Grund, warum Halbleitermaterialien nützlich sind, besteht darin, dass wir ihre elektrischen Eigenschaften (insbesondere die Leitfähigkeit) leicht ändern können, indem wir sie mit (sehr) kleinen Mengen anderer Elemente hinzufügen oder dotieren . Diese Dotierungsatome passen in das Kristallgitter, aber ihre unterschiedliche Elektronenstruktur verändert die Art und Weise, wie elektrischer Strom durch das Material fließen kann.

Herstellung von Halbleitern vom Typ P und N.

Der N-Typ hat viele "zusätzliche" Elektronen, da der Dotierstoff 5 Elektronen in seiner Außenhülle hatte - 1 mehr als (intrinsischer) Halbleiter.

In ähnlicher Weise weist der P-Typ Lücken oder LÖCHER in den äußeren Elektronenschalen auf, da der Dotierstoff nur 3 Elektronen im Vergleich zu 4 des (intrinsischen) Halbleiters aufweist.

Wenn der PN-Übergang hergestellt ist, ist das Material in der "Mitte" weder vom P- noch vom N-Typ, da alle freien Ladungsträger zur einen oder anderen Seite gewischt werden. Dies ist als DEPLETION- Schicht bekannt. (ein bisschen wie Niemandsland zwischen zwei gegnerischen Armeen)

Diese Verarmungsschicht ist die Quelle des Spannungsabfalls an der Diode.

Um Strom (Ladungsfluss) durch die Diode zu bekommen, muss die Ladung über diese Barriere "springen" (es ist technischer als das, aber lassen Sie es uns einfach halten). Dafür braucht es ein bisschen mehr Energie.

Jetzt ist Energie Ladung x Spannung. Der Wert der Ladung ist fest - es ist einfach die elektronische Ladung - 1,602 x 10 ^ -19, so dass die einzigen Ladungen, die die Barriere passieren können, Energien von mehr als der Barriere haben müssen. Da die Ladung fest und unveränderlich ist, sprechen wir einfach über die Barrierespannung. Für Silizium sind dies etwa 0,6 Volt. Für Germanium sind dies etwa 0,2 Volt.

Die Barriere wirkt wie eine kleine Batterie von 0,6 V, die in der entgegengesetzten Richtung an den Stromfluss angeschlossen ist. (Konventioneller Strom - positiv bis negativ). Sie können dies nur messen, wenn Strom durch die Diode fließt.

Fotodioden können tatsächliche Spannung erzeugen, aber das ist eine andere Sache.

Dies bedeutet, dass wir für jede Diode in der Schaltung 0,6 V verlieren, wenn sie leitend sind (in Vorwärtsrichtung vorgespannt). (Dies steigt leicht mit dem aktuellen Wert an)

Bei einer Reihenschaltung mit Widerständen spielt es keine Rolle, ob der Widerstand vor oder nach der Diode kommt . Der Strom, der durch Widerstand und Diode fließt, ist der gleiche. Der gesamte Spannungsabfall an Widerstand und Diode ist gleich.

Die LIGHT EMITTING DIODE hat einen viel größeren Spannungsabfall (ca. 1,5 V - 3,0 V) als eine "normale" Diode. Es nutzt diese zusätzliche Energie, um Licht auszugeben.

Eine Möglichkeit, sich eine Diode vorzustellen, besteht darin, dass eine Diode nur eine spezielle Art von Widerstand ist. Wenn Sie eine niedrige Spannung anlegen (unter etwa 0,6 V), ist der Widerstand sehr hoch. Wenn Sie eine Hochspannung anlegen (über 0,6 V), ist der Widerstand sehr niedrig.

Wenn Sie es also mit einem Widerstand in Reihe schalten, haben Sie einen Widerstandsteiler, aber Sie wissen noch nicht, ob sich die Diode im hochohmigen oder im niederohmigen Modus befindet. Wenn es sich im Modus mit hohem Widerstand befindet, ist der Strom durch ihn niedrig ... also ist der Strom durch den anderen Widerstand ebenfalls niedrig. Der Abfall über dem anderen Widerstand ist also gering ... also muss der Abfall über der Diode hoch sein (da sich die beiden Spannungen zur Quellenspannung addieren müssen) ... ooops, er kann dann nicht hoch sein. Widerstandsmodus.

Befindet sich die Diode im niederohmigen Modus, ist der Strom durch sie hoch, sodass der Strom durch den anderen Widerstand hoch ist. Die Spannung am anderen Widerstand ist also hoch, was bedeutet, dass die Spannung an der Diode niedrig sein muss. Hoppla, die Diode kann sich auch nicht im niederohmigen Modus befinden.

Da sich die Diode in keinem der beiden Modi befinden kann, muss sie sich direkt am Rand zwischen ihnen befinden ... und genau bei 0,6 V sitzen, wobei der vom Vorwiderstand zugelassene Strom durch sie fließt.

Es spielt keine Rolle, ob der Widerstand auf der Anodenseite der Diode oder auf der Kathodenseite angeschlossen werden soll. Genau wie bei zwei beliebigen Widerständen hängt der durch sie fließende Strom nur von der Summe der beiden Widerstände ab, nicht von der Reihenfolge, in der sie angeschlossen sind.

Der Spannungsabfall an den Widerständen hängt vom durchfließenden Strom ab. Der Spannungsabfall an einer Diode (im vorwärts vorgespannten Zustand) ist nahezu konstant, unabhängig davon, welcher Strom durch sie fließt.

Hier ist ein Diagramm der Spannungs-Strom-Beziehung einer Diode. Die Spannung wird auf der x-Achse und der Strom auf der y-Achse grafisch dargestellt. Das Diagramm ist eine Exponentialkurve. Die Schlüsselidee, die aus diesem Diagramm entfernt werden sollte, besteht darin, dass kein Strom fließt, bis eine kleine Spannung über der Diode auftritt. An diesem Punkt erzeugt praktisch jeder Strom nahezu dieselbe Spannung über der Diode.

Schauen Sie sich zum Beispiel die Spannung an, die erzeugt wird, wenn 3 A Strom durch die Diode fließen. Aus dieser Grafik geht hervor, dass eine Erhöhung des Stroms auf 4 A nur die Potentialdifferenz auf ~ 3,05 V erhöht. In der Realität erreichen die meisten Dioden eine Vorwärtsvorspannung von etwa 0,7 V. Da sich die Spannung mit dem Strom so wenig ändert, a Eine gute Annäherung für ihre Funktion ist nur die Annahme, dass der Spannungsabfall immer bei 0,7 V liegt, wenn sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind.

Wenn Sie tiefer graben möchten, ist dieser Effekt eine Folge der Nichtlinearität von Halbleitern. Dioden werden auch als "pn-Übergang" bezeichnet. Wenn Sie diesen Begriff suchen, erhalten Sie Informationen über den Mechanismus, durch den dies geschieht.