Mengapa tegangan maju dioda konstan?

21

Ketika Anda memiliki dioda dengan tegangan penghalang tertentu (misalnya, 0,7 V untuk Si) dan Anda menerapkan tegangan yang lebih tinggi dari potensi penghalang ini, mengapa tegangan melintasi dioda tetap pada 0,7V?

Saya mengerti bahwa tegangan keluaran dioda akan meningkat ketika input sinusoidal diterapkan hingga mencapai angka 0,7, saya tidak mengerti mengapa tetap konstan setelah titik itu.

Masuk akal bagi saya bahwa setiap potensi yang lebih besar dari potensi penghalang ini akan memungkinkan arus untuk lewat, dan sesuai dengan itu, potensi melintasi dioda harus berupa tegangan yang diterapkan minus 0,7 V.

voltage diodes

— sdpatel
sumber

12

Siapa bilang itu konstan?

— Dmitry Grigoryev

3

"Mengapa tegangan maju dioda konstan?" Tidak, jadi sisa pertanyaannya agak tidak ada gunanya.

— Olin Lathrop

@DmitryGrigoryev dalam pengantar kursus elektronik di universitas saya setidaknya, semua dioda dalam masalah pekerjaan rumah dan ujian adalah dioda tegangan maju konstan.

— taylor swift

1

@taylorswift Kami menggunakan dioda ideal untuk tujuan itu. Keuntungan dari dioda ideal adalah Anda tahu itu ideal, jadi tidak ada ruang untuk pertanyaan seperti ini.

— Dmitry Grigoryev

2

Terpilih hanya karena itu adalah pertanyaan yang saya tanyakan bertahun-tahun yang lalu ketika memiliki kursus elektronik: itu adalah pertanyaan yang sah dan jawabannya sangat instruktif untuk pemula. Anda harus menerima salah satu jawaban yang dipvotasikan secara besar-besaran.

— Benj

138

Tegangan melintasi dioda tidak tetap di sekitar 0,7 V. Ketika Anda meningkatkan arus, tegangan maju juga meningkat (di sini: 1N400x):

Tegangan maju 1N4001 vs arus maju

Dan ketika Anda meningkatkan arus lebih jauh, disipasi daya menjadi terlalu besar, dan dioda akhirnya menjadi LED (light-emitting diode) dan tak lama kemudian SED (dioda pemancar asap). Jadi tegangan maju yang lebih besar tidak dapat terjadi dalam praktiknya.

— CL.
sumber

93

dukungan besar-besaran untuk dioda pemancar asap

— peufeu

3

NED = Noise Emitting Diode. ;-)

— Mike Waters

8

Bergabung hanya untuk mendukung ini untuk SED.

— TheValyreanGroup

8

lol. Perlu dicatat bahwa plot di atas adalah arus log vs tegangan linier. jadi garis lurus (di sebelah kiri) sebenarnya adalah kurva eksponensial. itu berarti arus meningkat jauh lebih cepat daripada tegangan. jadi voltasi bergerak sedikit dari 0,7 v, tetapi tidak banyak sebelum Anda mendapatkan SED.

— robert bristow-johnson

5

Kembali di masa kuliah saya ('70 -an) saya punya teman sekamar yang membeli papan komputer berlebih yang punya banyak dioda kaca. Dia akan menjepit ujung kabel daya AC di setiap dioda secara bergantian, menempatkan gelas di atas dioda dan kemudian pasang kabel ke stopkontak. Ada suara dan cahaya tetapi pada dasarnya tidak ada asap saat dioda menguap. Hujan rintik-rintik kaca panas akan menempel di bagian dalam gelas tembakan. Setelah 100-an dioda ada lapisan besar dibangun di gelas tembakannya. (Tolong hindari melakukan ini di rumah itu adalah kegiatan konyol dan berpotensi berbahaya).

— Michael Karas

29

Tegangan adalah apa yang dapat kita amati dan ukur, tetapi yang juga berubah adalah resistensi.

Dioda dimulai sebagai resistansi besar, ketika Anda menerapkan tegangan ke resistansi yang tetap cukup konstan sampai Anda mendekati tegangan breakdown ke depan. Pada saat itu resistance mulai turun.

Melewati lutut resistensi sangat rendah. Peningkatan lebih lanjut setelah lutut menyebabkan sedikit perubahan pada resistensi.

Karena R telah turun, untuk mempertahankan voltase itu, Anda harus meningkatkan arus ... banyak. Dioda telah menjadi "saklar" resistor kecil dan karenanya dapat disebut sebagai ON.

Hubungan arus penuh tegangan dioda terlihat seperti ini.

Kemiringan sebelum lutut adalah konduktansi forward off (1 / R), kemiringan yang melewati lutut adalah konduktansi ON depan.

Matematika sebenarnya tentu saja jauh lebih rumit dari itu, tetapi saya menemukan deskripsi ini membantu orang mengerti.

— Trevor_G
sumber

1

"Melewati lutut resistensi sangat rendah. Setiap kenaikan lebih lanjut setelah lutut menyebabkan sedikit perubahan dalam perlawanan" - benar, tetapi sebagian besar dioda tidak dioperasikan jauh melewati lutut karena menyebabkan penurunan tegangan yang berlebihan (dan disipasi daya).

— Bruce Abbott

6

Re, "apa yang sebenarnya berubah adalah perlawanan" Waspadalah mengatakan "sebenarnya." Tanyakan kepada fisikawan apa yang "sebenarnya" terjadi, dan Anda akan mendapatkan telinga yang penuh dengan teori medan kuantum. Kata "perlawanan" berasal dari model Georg Ohm tentang bagaimana arus listrik mengalir dalam konduktor. Dioda PN tidak benar-benar cocok dengan model itu, tetapi jika itu membantu Anda untuk berpikir bahwa dioda memiliki hambatan variabel, maka itu adalah bagian dari model Anda . Jika itu berhasil untuk Anda, maka Hei! Ini bekerja untuk Anda. Selama kita semua sepakat pada kurva I / V yang sama, maka semuanya keren.

— Solomon Slow

1

@dpatel, Maaf, saya tidak tahu fisika keadaan padat. Saya hanya pecandu perangkat lunak yang terkadang bermain-main dengan sirkuit elektronik sederhana. Pemahaman saya tentang dioda semikonduktor terbatas pada gagasan bahwa, selama Anda tidak membiarkan sihir keluar, maka titik operasi akan berada di suatu tempat di kurva tetap itu . Dan sungguh, sebagian besar waktu, saya menggunakan model yang lebih sederhana: Yang mengatakan, "tegangan maju akan berada di suatu tempat dekat dengan N volt" (di mana N tergantung pada apakah itu warna tertentu dari LED, sebuah diode Schottkey, atau 1N400_x_.)

— Solomon Slow

2

Grafik VI salah. Ini adalah "kesan artis" tentang apa yang mengubah skala dari arus positif (ma) ke negatif (uA) nantinya. Dan artis itu salah besar. Tidak ada titik belok di dekat titik asal. Kurva pada dasarnya adalah eksponensial yang diterjemahkan untuk melewati titik asal. Jika Anda menskalakannya dengan benar, akan muncul diskontinuitas di dekat titik asal. Seniman itu ingin membuat kurva yang cantik dan bergabung dengan kedua belah pihak dengan apa yang tampak seperti garis rambut yang paling indah. Hasil: grafik yang salah yang disebarkan untuk membingungkan siswa di seluruh galaksi.

— Sredni Vashtar

1

@ Trevor, wow, itu cepat! :-) Sebaiknya hubungi penulis situs web dari mana diambil untuk menunjukkan bahwa itu salah. Saya sepertinya mengenali gayanya tetapi saya tidak ingat situs tutorial mana itu ...

— Sredni Vashtar

15

mengapa tegangan melintasi dioda tetap pada 0,7V?

Tidak. Sebagian besar waktu, konstanta 0,7 V cukup baik, seperti bumi yang rata cukup baik untuk mengemudi di sekitar kota.

— dannyf
sumber

10

Dioda memiliki hubungan logaritmik antara arus melalui dioda dan tegangan melintasi dioda. Peningkatan arus sepuluh: 1 menyebabkan kenaikan 0,058 volt melintasi dioda. (0,058 V tergantung pada beberapa parameter, tetapi Anda dapat melihat angka itu dalam banyak referensi tegangan pita silikon on-chip-silikon].

Bagaimana jika arus berubah 1.000: 1, baik meningkat atau menurun? Anda harus mengharapkan untuk melihat (setidaknya) 3 * 0,058 volt perubahan di V _diode .

Bagaimana jika perubahan saat ini 10.000: 1? Harapkan setidaknya 4 * 0,058 volt.

Pada arus tinggi (1 mA atau lebih tinggi), perlawanan massal dari silikon mulai mempengaruhi perilaku logaritma, dan Anda mendapatkan lebih dari hubungan garis lurus antara aku _dioda dan V _dioda .

Persamaan standar untuk perilaku ini melibatkan "e", 2,718, karenanya

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

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

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

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

Ngomong-ngomong, perilaku yang sama ini ada untuk dioda emitor-basis transistor bipolar. Dengan asumsi 0,60000000 volt pada 1 mA, pada 1 µA, diharapkan 3 * 0,058 V = 0,174 V lebih sedikit. Pada 1 nanoampere, harapkan 6 * 0,058 V = 0,348 V lebih sedikit. Pada 1 picoampere, perkirakan 9 * 0,058 volt = 0,522 volt lebih sedikit (berakhir dengan hanya 78 milivolt melintasi dioda); mungkin perilaku murni-log ini berhenti menjadi alat yang akurat, mendekati nol volt V _diode .

Berikut ini adalah plot Vbe selama 3 dekade Ic; kami mengharapkan setidaknya 3 * 0,058 volt atau 0,174 volt; kenyataan untuk transistor bipolar ini adalah 0,23 volt.

— analogsystemsrf
sumber

4

Seperti jawaban lain telah menjelaskan, tegangan tidak konstan pada 0,7V, tetapi berdasarkan referensi ke penghalang potensial dalam pertanyaan Anda, saya kira Anda menyadari ini dan bertanya lebih banyak tentang fisika semikonduktor di balik mengapa ini terjadi.

Alasannya adalah bahwa daerah penipisan dioda (dengan tegangan nol berlaku) menciptakan potensi penghalang, seperti yang sudah Anda catat, sekitar 0,7 V (dengan asumsi dioda silikon khas). Saat Anda menerapkan tegangan maju, daerah penipisan menjadi lebih kecil. Dengan tegangan rendah, daerah penipisan yang lebih besar membatasi sebagian besar arus, dan ketika tegangan meningkat, daerah penipisan yang berkurang menghasilkan pengurangan resistensi (dan karenanya meningkatkan arus). Ini berlanjut sampai mendekati ~ 0.7V di mana wilayah penipisan sangat kecil serta resistensi. Ini menyebabkan hubungan VI eksponensial.

Artikel ini memiliki beberapa diagram dan penjelasan yang baik, seperti halnya halaman Wiki .

— AngeloQ
sumber

3

Intinya adalah bahwa Anda tidak dapat "menerapkan tegangan lebih tinggi dari potensi penghalang ini", dioda tidak membiarkan Anda.

Artinya, impedansi marginal dari dioda dalam mode konduksi kurang dari impedansi sumber pasokan tegangan Anda: sumber tegangan Anda tidak dapat mengemudi lebih dari "0.7V" melintasi dioda 0.7V, sehingga "tegangan melintasi dioda tetap [s] pada 0.7V ".

Tentu saja, impedansi marginal dari sebuah dioda dalam mode konduksi tidak sepenuhnya nol, sehingga akan ada beberapa kenaikan tegangan jika pasokan tegangan Anda mencoba memasok lebih dari nol arus. Dan impedansi marginal dari suplai tegangan Anda mungkin sangat rendah, sebanding dengan dioda, sehingga mungkin dapat meningkatkan tegangan dioda naik cukup tinggi sebelum dioda gagal. Itu adalah efek tingkat kedua. Model sederhana dioda, yang melakukan di atas 0.7V, adalah perangkat yang membatasi tegangan dengan menerima arus yang tak terbatas.

— David
sumber

0

Setelah dioda dinyalakan dengan biasing yang cukup, ia bertindak sebagai sumber tegangan 0,7 atau 0,6 (tergantung bahan) dengan resistor seri kecil.

Jadi jika kita meningkatkan tegangan input, arus melintasi resistor kecil juga akan meningkat. Jadi ketika tegangan input meningkat ada variasi lintas keluaran yang diambil lintas dioda.

Biasanya dioda dianggap ideal, sehingga tidak ada resistor secara seri. Jadi tegangan o / p di dioda tetap konstan.

— Gowthaman
sumber