ทำไมแรงดันไดโอดไปข้างหน้าคงที่?

21

เมื่อคุณมีไดโอดที่มีแรงดันกั้นบางอย่าง (เช่น 0.7 V สำหรับ Si) และคุณใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าศักยภาพของกำแพงนี้ทำไมแรงดันไฟฟ้าข้ามไดโอดยังคงอยู่ที่ 0.7V

ฉันเข้าใจว่าแรงดันเอาต์พุตผ่านไดโอดจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากมีการใช้อินพุตไซน์ตามลำดับจนกระทั่งถึงเครื่องหมาย 0.7 ฉันดูเหมือนจะไม่เข้าใจว่าทำไมค่าคงที่หลังจากจุดนั้น

สำหรับผมแล้วมันมีความหมายว่าศักยภาพใด ๆ ที่สูงกว่าศักยภาพของสิ่งกีดขวางนี้จะอนุญาตให้กระแสผ่านและตามลําดับศักยภาพของไดโอดควรเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ลบด้วย 0.7 V

voltage diodes

— sdpatel
แหล่งที่มา

12

ใครบอกคุณว่ามันคงที่

— Dmitry Grigoryev

3

"เหตุใดแรงดันไดโอดจึงคงที่" ไม่ใช่ดังนั้นคำถามที่เหลือจึงไม่มีประโยชน์เลย

— Olin Lathrop

@DmitryGrigoryev ในช่วงแนะนำหลักสูตรอิเล็กทรอนิกส์ที่มหาวิทยาลัยของฉันอย่างน้อยที่สุดไดโอดทั้งหมดในปัญหาการบ้านและการสอบเป็นไดโอดแรงดันไปข้างหน้าคงที่

— เทย์เลอ

1

@taylorswift เราใช้ไดโอดในอุดมคติเพื่อจุดประสงค์นั้น ข้อดีของไดโอดในอุดมคติคือคุณรู้ว่ามันเป็นอุดมคติจึงไม่มีที่ว่างสำหรับคำถามเช่นนี้

— Dmitry Grigoryev

2

เพิ่มขึ้นเพียงเพราะเป็นคำถามที่ฉันถามฉันเมื่อหลายปีก่อนเมื่อมีหลักสูตรอิเล็กทรอนิคส์: มันเป็นคำถามที่ถูกกฎหมายและคำตอบนั้นเป็นคำแนะนำสำหรับผู้เริ่มต้น คุณควรยอมรับคำตอบ upvoted อย่างใดอย่างหนึ่ง

— เบ็น

138

แรงดันไฟฟ้าข้ามไดโอดไม่คงที่ประมาณ 0.7 V เมื่อคุณเพิ่มกระแสแรงดันไปข้างหน้าจะเพิ่มขึ้นด้วย (ที่นี่: 1N400x):

1N4001 แรงดันไปข้างหน้ากับกระแสไป

และเมื่อคุณเพิ่มกระแสให้มากขึ้นการกระจายพลังงานจะใหญ่เกินไปและในที่สุดไดโอดก็จะกลายเป็น LED (ไดโอดเปล่งแสง) และหลังจากนั้นไม่นาน SED (ไดโอดเปล่งควัน) ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าขนาดใหญ่จึงไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในทางปฏิบัติ

— CL
แหล่งที่มา

93

— โหวตขึ้น

3

NED = ไดโอดเปล่งเสียง ;-)

— Mike Waters

8

เข้าร่วมเพียงเพื่อโหวตสิ่งนี้สำหรับ SED

— TheValyreanGroup

8

ฮ่า ๆ. ควรสังเกตว่าพล็อตข้างต้นคือล็อกปัจจุบันกับแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้น ดังนั้นเส้นตรง (ทางซ้าย) จึงเป็นเส้นโค้งเอ็กซ์โพเนนเชียล นั่นหมายถึงกระแสเพิ่มขึ้นเร็วกว่าแรงดันไฟฟ้ามาก ดังนั้นแรงเคลื่อนย้ายเพียงเล็กน้อยจาก 0.7 v แต่ไม่มากก่อนที่คุณจะได้รับ SED

— robert bristow-johnson

5

ย้อนกลับไปในสมัยเรียนมหาวิทยาลัย (ยุค 70) ฉันมีเพื่อนร่วมห้องที่ซื้อบอร์ดคอมพิวเตอร์ส่วนเกินที่มีไดโอดแก้วจำนวนมาก เขาจะตัดปลายสายไฟ AC ข้ามไดโอดแต่ละอันวางแก้วช็อตเหนือไดโอดแล้วเสียบสายไฟเข้ากับเต้าเสียบ มีเสียงและแสง แต่โดยทั่วไปไม่มีควันเมื่อไดโอดกลายเป็นไอ โปรยแก้วร้อนๆจะสะสมอยู่ด้านในของแก้วช็อต หลังจากไดโอด 100s มีชั้นจำนวนมากที่สร้างขึ้นในแก้วช็อตของเขา (โปรดหลีกเลี่ยงการทำเช่นนี้ที่บ้านเพราะเป็นกิจกรรมที่โง่และอันตราย)

— Michael Karas

29

แรงดันไฟฟ้าเป็นสิ่งที่เราสามารถสังเกตและวัดได้ แต่สิ่งที่เปลี่ยนแปลงคือความต้านทาน

ไดโอดจะเริ่มต้นเป็นแนวต้านที่มีขนาดใหญ่ในขณะที่คุณใช้แรงดันที่มีต่อความต้านทานนั้นยังคงค่อนข้างคงที่จนกว่าคุณจะเข้าใกล้แรงดันพังทลาย ณ จุดนั้นความต้านทานเริ่มลดลง

ที่ผ่านมาเข่าความต้านทานอยู่ในระดับต่ำมาก การเพิ่มขึ้นอีกหลังจากเข่าทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความต้านทาน

เนื่องจาก R ลงไปเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้านั้นคุณต้องเพิ่มกระแส ... เป็นจำนวนมาก ไดโอดได้กลายเป็น "สวิตช์" ตัวต้านทานขนาดเล็กและสามารถเรียกว่าเป็น ON

ความสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้าแรงดันเต็มรูปแบบของไดโอดจะเป็นแบบนี้

ความลาดชันก่อนที่หัวเข่าจะเป็นตัวนำไฟฟ้าไปข้างหน้า (1 / R) ความชันที่ผ่านมาหัวเข่านั้นจะเป็นสื่อนำไฟฟ้าเปิดด้านหน้า

แน่นอนว่าคณิตศาสตร์จริงนั้นซับซ้อนกว่านั้นมาก แต่ฉันพบว่าคำอธิบายนี้ช่วยให้ผู้คนเข้าใจ

— Trevor_G
แหล่งที่มา

1

"ที่ผ่านมาเข่าความต้านทานอยู่ในระดับต่ำมากเพิ่มขึ้นอีกหลังจากเข่าทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการต้านทาน" - จริงแต่ไดโอดส่วนใหญ่จะไม่ดำเนินการมากที่ผ่านมาเข่าเพราะมันทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกมากเกินไป (และกระจายพลังงาน)

— Bruce Abbott

6

ตอบ "สิ่งที่เปลี่ยนไปจริง ๆ คือความต้านทาน" ระวังพูด "จริง ๆ " ถามนักฟิสิกส์ว่าเกิดอะไรขึ้น "จริง ๆ " และคุณจะได้ฟังทฤษฎีสนามควอนตัม คำว่า "การต่อต้าน" มาจากแบบจำลองของGeorg Ohm ว่ากระแสไฟฟ้าไหลในตัวนำได้อย่างไร PN ไดโอดไม่เหมาะกับโมเดลนั้นจริง ๆ แต่ถ้ามันช่วยให้คุณคิดว่าไดโอดมีความต้านทานผันแปรมันเป็นส่วนหนึ่งของแบบจำลองของคุณ ถ้ามันเหมาะกับคุณเฮ้! มันเหมาะกับคุณ ตราบใดที่เราเห็นด้วยกับเส้นโค้ง I / V เดียวกันทั้งหมดก็เจ๋ง

— โซโลมอนช้า

1

@sdpatel ขออภัยฉันไม่รู้จักฟิสิกส์สถานะของแข็ง ฉันเป็นเพียงซอฟต์แวร์ที่น่าสนใจซึ่งบางครั้งนักออกแบบมีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียบง่าย ความเข้าใจของฉันไดโอดสารกึ่งตัวนำจะถูก จำกัด ให้ความคิดที่ว่าตราบใดที่คุณจะไม่ปล่อยมายากลสูบออกแล้วจุดปฏิบัติการจะเป็นที่ไหนสักแห่งบนที่คงเส้นโค้ง และที่จริงแล้วส่วนใหญ่แล้วฉันจะใช้โมเดลที่เรียบง่ายกว่า: อันที่กล่าวว่า "แรงดันไปข้างหน้าจะอยู่ใกล้กับโวลต์N " (โดยที่Nขึ้นอยู่กับว่ามีบางสีของ LED, Schottkey diode หรือไม่ หรือ 1N400_x_.)

— โซโลมอน Slow

2

กราฟ VI นั้นผิดปกติ มันเป็น "ความประทับใจของศิลปิน" ของสิ่งที่เปลี่ยนขนาดจากบวก (mA) เป็นลบ (uA) ปัจจุบันจะมีลักษณะ และศิลปินเข้าใจผิดมาก ไม่มีจุดโรคติดเชื้อใกล้แหล่งกำเนิด เส้นโค้งนั้นเป็นการแปลแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลเพื่อส่งผ่านจุดกำเนิด หากคุณปรับขนาดให้ถูกต้องมันจะดูเหมือนว่ามีความไม่ต่อเนื่องใกล้กับจุดกำเนิด ศิลปินต้องการสร้างเส้นโค้งที่สวยงามและเข้าร่วมทั้งสองด้านกับสิ่งที่ดูเหมือนว่าจะมีแนววิกผมที่สวยที่สุด ผลลัพธ์: กราฟผิดที่ถูกแพร่กระจายเพื่อสร้างความสับสนให้กับนักเรียนทั่วกาแลคซี

— Sredni Vashtar

1

@ เทรเวอร์ว้าวเร็วมาก! :-) มันจะเป็นการดีถ้าจะติดต่อผู้เขียนของเว็บไซต์จากจุดที่มันชี้ให้เห็นว่ามันผิด ฉันดูเหมือนจะจำสไตล์ แต่ฉันจำไม่ได้ว่าเว็บไซต์บทสอนใดเป็น ...

— Sredni Vashtar

15

ทำไมแรงดันไฟฟ้าข้ามไดโอดยังคงอยู่ที่ 0.7V

มันไม่ได้ เวลาส่วนใหญ่ค่าคงที่ 0.7 V นั้นดีพอเช่นเดียวกับพื้นราบที่ดีพอสำหรับการขับรถรอบเมือง

— dannyf
แหล่งที่มา

10

ไดโอดมีความสัมพันธ์แบบลอการิทึมระหว่างกระแสผ่านไดโอดและแรงดันไฟฟ้าข้ามไดโอด การเพิ่มขึ้นของกระแสสิบ: 1 ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้น 0.058 โวลท์ในไดโอด (0.058 V ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์หลายตัว แต่คุณสามารถเห็นตัวเลขนั้นในการอ้างอิงแรงดัน bandgap บนชิปบนซิลิคอน]

จะเกิดอะไรขึ้นถ้ากระแส 1,000: 1 มีการเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นหรือลดลง? คุณควรคาดหวังที่จะเห็น (อย่างน้อย) 3 * 0.058 โวลต์มีการเปลี่ยนแปลงใน V ไดโอด

เกิดอะไรขึ้นถ้ากระแสการเปลี่ยนแปลง 10,000: 1 คาดว่าอย่างน้อย 4 * 0.058 โวลต์

ในกระแสสูง (1 mA หรือสูงกว่า), ความต้านทานกลุ่มของซิลิกอนเริ่มส่งผลกระทบต่อพฤติกรรมการลอการิทึมและคุณได้รับมากขึ้นของความสัมพันธ์เส้นตรงระหว่าง I _{ไดโอด}และ V ไดโอด

สมการมาตรฐานสำหรับพฤติกรรมนี้เกี่ยวข้องกับ "e", 2.718 ดังนั้น

ผม d ผม โอ d อี = ผม s * * * * [{อี}^{-} (Q * * * * V d ผม โอ d อี / K * * * * T * * * * n) - 1]

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

ผม d ผม โอ d อี = ผม s * * * * [{อี}^{-} V d ผม โอ d อี / 0.026 - 1]

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

โดยวิธีการนี้พฤติกรรมเดียวกันนี้มีอยู่สำหรับไดโอดไบโพลาร์ทรานซิสเตอร์อีซีแอล สมมติว่า 0.60000000 โวลต์ที่ 1 mA ที่ 1 µA คาดว่า 3 * 0.058 V = 0.174 V น้อยกว่า ที่ 1 นาโนแอมป์คาดหวังน้อยกว่า 6 * 0.058 V = 0.348 V ที่ 1 picoampere คาดว่า 9 * 0.058 โวลต์ = 0.522 โวลต์น้อยลง (ลงท้ายด้วยเพียง 78 มิลลิโวลต์ในไดโอด) บางทีอาจจะเป็นพฤติกรรมบริสุทธิ์บันทึกนี้สิ้นสุดสภาพการเป็นเครื่องมือที่ถูกต้องอยู่ใกล้กับศูนย์โวลท์ V ไดโอด

นี่คือ Vbe พล็อตมากกว่า 3 ทศวรรษของ Ic; เราคาดว่าอย่างน้อย 3 * 0.058 โวลต์หรือ 0.174 โวลต์ ความจริงสำหรับทรานซิสเตอร์สองขั้วนี้คือ 0.23 โวลต์

— analogsystemsrf
แหล่งที่มา

4

ดังที่คำตอบอื่น ๆ ได้อธิบายไว้แรงดันไฟฟ้าไม่คงที่ที่ 0.7V แต่จากการอ้างอิงถึงศักยภาพของสิ่งกีดขวางในคำถามของคุณฉันคิดว่าคุณเข้าใจสิ่งนี้และถามถึงฟิสิกส์เซมิคอนดักเตอร์เพิ่มเติม

เหตุผลก็คือพื้นที่พร่องของไดโอด (ที่มีแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์นำไปใช้) สร้างอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นตามที่คุณระบุไว้แล้วประมาณ 0.7V (สมมติว่าไดโอดซิลิคอนทั่วไป) เมื่อคุณใช้แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าบริเวณพร่องจะเล็ก ด้วยแรงดันไฟฟ้าต่ำพื้นที่พร่องขนาดใหญ่จะ จำกัด กระแสไฟฟ้าส่วนใหญ่และเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นพื้นที่การพร่องที่ลดลงจะส่งผลให้ความต้านทานลดลง (ดังนั้นจึงเพิ่มกระแสไฟฟ้า) สิ่งนี้จะดำเนินต่อไปจนกระทั่งใกล้ถึง 0.7V ที่บริเวณพร่องมีขนาดเล็กมากและมีความต้านทาน สิ่งนี้ทำให้ความสัมพันธ์ VI แบบเลขชี้กำลัง

บทความนี้มีแผนภาพที่ดีบางอย่างและคำอธิบายเช่นเดียวกับหน้าวิกิพีเดีย

— AngeloQ
แหล่งที่มา

3

ประเด็นก็คือคุณไม่สามารถ "ใช้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าความเป็นไปได้ของกำแพงนี้" ไดโอดจะไม่ยอมให้คุณ

นั่นคือความต้านทานส่วนเพิ่มของไดโอดในโหมดการนำกระแสมีค่าน้อยกว่าอิมพีแดนซ์แหล่งจ่ายไฟของคุณ: แหล่งจ่ายแรงดันของคุณไม่สามารถขับมากกว่า "0.7V" ในไดโอด 0.7V ดังนั้น "แรงดันข้ามไดโอดยังคงอยู่ [s] ที่ 0.7V "

แน่นอนว่าอิมพีแดนซ์ของไดโอดในโหมดการนำความร้อนนั้นไม่ได้เป็นศูนย์ดังนั้นจะมีแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นถ้าแรงดันไฟฟ้าของคุณพยายามที่จะจ่ายกระแสเกินศูนย์ และอิมพีแดนซ์ของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าของคุณอาจต่ำมากเมื่อเทียบกับไดโอดดังนั้นจึงสามารถเพิ่มแรงดันไดโอดได้ค่อนข้างสูงก่อนที่ไดโอดจะล้มเหลว นั่นคือเอฟเฟกต์ลำดับที่สอง แบบจำลองที่เรียบง่ายของไดโอดซึ่งมีกระแสไฟฟ้ามากกว่า 0.7V เป็นอุปกรณ์ที่ จำกัด แรงดันไฟฟ้าโดยการยอมรับกระแสอนันต์

— david
แหล่งที่มา

0

เมื่อเปิดไดโอดด้วยการให้น้ำหนักอย่างพอเพียงแล้วจะทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า 0.7 หรือ 0.6 (ขึ้นอยู่กับวัสดุ) ด้วยตัวต้านทานแบบอนุกรมขนาดเล็ก

ดังนั้นหากเราเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเข้ากระแสไฟฟ้าผ่านตัวต้านทานขนาดเล็กก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังนั้นเมื่อแรงดันอินพุทเพิ่มขึ้นจึงมีความแปรผันของเอาต์พุตที่ถ่ายข้ามไดโอด

โดยทั่วไปแล้วไดโอดถือว่าเป็นอุดมคติดังนั้นจึงไม่มีตัวต้านทานในซีรีส์ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้า o / p ข้ามไดโอดจึงคงที่

— Gowthaman
แหล่งที่มา