Warum ist die Durchlassspannung der Diode konstant?

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.

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

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.

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.

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.

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

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.

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 .

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.

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.