¿Por qué el voltaje directo del diodo es constante?

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Cuando tiene un diodo con un cierto voltaje de barrera (por ejemplo, 0.7 V para Si) y aplica un voltaje más alto que este potencial de barrera, ¿por qué el voltaje a través del diodo permanece en 0.7V?

Entiendo que el voltaje de salida a través del diodo aumentará a medida que se aplique una entrada sinusoidal hasta que alcance la marca 0.7, sin embargo, no entiendo por qué permanece constante después de ese punto.

Para mí tiene sentido que cualquier potencial mayor que este potencial de barrera permita que pase la corriente y, en consecuencia, el potencial a través del diodo debe ser el voltaje aplicado menos los 0,7 V.

voltage diodes

— sdpatel
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¿Quién te dijo que era constante?

— Dmitry Grigoryev

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"¿Por qué es constante el voltaje directo del diodo?" No lo es, por lo que el resto de la pregunta no tiene sentido.

— Olin Lathrop

@DmitryGrigoryev en la introducción a los cursos de electrónica en mi universidad, al menos, todos los diodos en los problemas de tarea y los exámenes son diodos constantes de voltaje directo.

— Taylor Swift

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@taylorswift Utilizamos diodos ideales para ese propósito. La ventaja de un diodo ideal es que sabes que es ideal, por lo que no hay lugar para preguntas como esta.

— Dmitry Grigoryev

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Elegido como voto porque era una pregunta que me hice hace años cuando tenía cursos de electrónica: es una pregunta legítima y las respuestas son muy instructivas para principiantes. Debe aceptar una de las respuestas masivamente votadas.

— Benj

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El voltaje a través del diodo no permanece en aproximadamente 0.7 V. Cuando aumenta la corriente, el voltaje directo también aumenta (aquí: 1N400x):

1N4001 voltaje directo vs.corriente directa

Y cuando aumenta la corriente aún más, la disipación de potencia se vuelve demasiado grande, y el diodo finalmente se convierte en un LED (diodo emisor de luz) y poco después en un SED (diodo emisor de humo). Por lo tanto, un voltaje directo mayor no puede suceder en la práctica.

— CL.
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voto masivo por el diodo emisor de humo

— peufeu

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NED = diodo emisor de ruido. ;-)

— Mike Waters

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Se unió solo para votar esto por SED.

— TheValyreanGroup

8

jajaja Cabe señalar que la gráfica anterior es la corriente logarítmica frente a la tensión lineal. entonces una línea recta (a la izquierda) es en realidad una curva exponencial. eso significa que la corriente aumenta mucho más rápido que el voltaje. así que la voltación se mueve un poco desde 0.7 v, pero no mucho antes de obtener SED.

— robert bristow-johnson

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En mis días en la universidad (años 70) tuve un compañero de cuarto que compró placas de computadora sobrantes que tenían toneladas de diodos de vidrio. Cortaría los extremos de un cable de alimentación de CA a través de cada diodo, colocaría un vaso de chupito sobre el diodo y luego enchufaría el cable a la toma de corriente. Había sonido y luz, pero básicamente no había humo cuando el diodo se vaporizó. La salpicadura de vidrio caliente se depositaría en el interior del vaso de chupito. Después de cientos de diodos había una capa considerable acumulada en su vaso de chupito. (Evite hacer esto en casa, fue una actividad tonta y potencialmente peligrosa).

— Michael Karas

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El voltaje es lo que podemos observar y medir, pero lo que también está cambiando es la resistencia.

Un diodo comienza como una gran resistencia, a medida que le aplicas voltaje, esa resistencia permanece bastante constante hasta que te acercas al voltaje de ruptura directa. En ese punto, la resistencia comienza a caer.

Más allá de la rodilla, la resistencia es muy baja. Cualquier aumento adicional después de la rodilla causa pocos cambios en la resistencia.

Dado que R se ha reducido, para mantener ese voltaje hay que aumentar la corriente ... mucho. El diodo se ha convertido en un pequeño "interruptor" de resistencia y, por lo tanto, puede denominarse ON.

La relación de corriente de voltaje completo de un diodo se ve así.

La pendiente antes de la rodilla es la conductancia directa hacia adelante (1 / R), la pendiente más allá de la rodilla es la conductancia directa hacia adelante.

Las matemáticas reales son, por supuesto, mucho más complicadas que eso, pero creo que esta descripción ayuda a la gente a entender.

— Trevor_G
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"Más allá de la rodilla, la resistencia es muy baja. Cualquier aumento adicional después de la rodilla causa pocos cambios en la resistencia", es cierto, pero la mayoría de los diodos no funcionan mucho más allá de la rodilla porque causa una caída excesiva de voltaje (y disipación de potencia).

— Bruce Abbott

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Re, "lo que realmente está cambiando es la resistencia". Cuidado con decir "en realidad". Pregúntale a un físico qué está "realmente" sucediendo, y obtendrás un oído lleno de teoría cuántica de campos. La palabra "resistencia" proviene del modelo de Georg Ohm de cómo fluye la electricidad en los conductores. Un diodo PN en realidad no encaja ese modelo, pero si ayuda a que pensar en diodos como tener resistencia variable, entonces es parte de su modelo. Si te funciona, entonces ¡Hey! Funciona para ti Mientras todos estemos de acuerdo en la misma curva I / V, entonces todo está bien.

— Solomon Slow

1

@sdpatel, lo siento, no sé física de estado sólido. Solo soy un geek del software que a veces juega con circuitos electrónicos simples. Mi comprensión de los diodos semiconductores se limita a la idea de que, siempre y cuando no dejes escapar la magia, el punto de operación estará en algún lugar de esa curva fija . Y realmente, la mayoría de las veces, utilizo un modelo aún más simple: el que dice, "el voltaje directo estará en algún lugar cercano a N voltios" (donde N depende de si se trata de un color particular de LED, un diodo Schottkey, o un 1N400_x_.)

— Solomon Slow

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El gráfico VI es simplemente incorrecto. Es una "impresión artística" de cómo sería cambiar la escala de corriente positiva (mA) a negativa (uA). Y el artista se equivocó mucho. No hay puntos de inflexión cerca del origen. La curva es básicamente una exponencial traducida para pasar por el origen. Si lo escala correctamente, parecería tener una discontinuidad cerca del origen. El artista quería hacer una bonita curva y unió los dos lados con lo que debe haber parecido la línea ondulada más bonita. Resultado: un gráfico incorrecto que se propaga para confundir a los estudiantes de toda la galaxia.

— Sredni Vashtar

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@Trevor, wow, ¡eso fue rápido! :-) Sería bueno ponerse en contacto con el autor del sitio web desde donde fue tomado para señalar que está mal. Parece que reconozco el estilo, pero no recuerdo qué sitio de tutoriales es ...

— Sredni Vashtar

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¿Por qué el voltaje a través del diodo permanece en 0.7V?

No lo hace. La mayoría de las veces, una constante de 0.7 V es lo suficientemente buena, así como la tierra plana es lo suficientemente buena para conducir por la ciudad.

— dannyf
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Los diodos tienen una relación logarítmica entre la corriente a través del diodo y el voltaje a través del diodo. Un aumento de diez: 1 en la corriente provoca un aumento de 0.058 voltios en el diodo. (el 0.058 V depende de varios parámetros, pero puede ver ese número en muchas referencias de voltaje de banda prohibida de silicio en el chip).

¿Qué pasa si la corriente cambia 1,000: 1, ya sea aumentando o disminuyendo? Usted debe esperar a ver (al menos) 3 * 0,058 voltios cambian en V _diodo .

¿Qué pasa si la corriente cambia 10,000: 1? Espere al menos 4 * 0.058 voltios.

A corrientes altas (1 mA o superior), la resistencia mayor del silicio comienza a afectar al comportamiento logarítmico, y se obtiene más de una relación en línea recta entre I _diodo y V _diodo .

La ecuación estándar para este comportamiento implica "e", 2.718, por lo tanto

yo re yo o re mi = yo s * [{mi}^{-} (q * V re yo o re mi / / K * T * norte) - 1]

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

yo re yo o re mi = yo s * [{mi}^{-} V re yo o re mi / / 0,026 - 1]

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

Por cierto, este mismo comportamiento existe para los diodos de base de emisor de transistor bipolar. Suponiendo 0.60000000 voltios a 1 mA, a 1 µA, espere 3 * 0.058 V = 0.174 V menos. A 1 nanoamperio, espere 6 * 0.058 V = 0.348 V menos. A 1 picoamperio, espere 9 * 0.058 voltios = 0.522 voltios menos (terminando con solo 78 milivoltios a través del diodo); tal vez este comportamiento pura-registro deja de ser una herramienta precisa, cerca de cero voltios V _diodo .

Aquí está la trama de Vbe durante 3 décadas de Ic; esperamos al menos 3 * 0.058 voltios o 0.174 voltios; La realidad de este transistor bipolar es de 0.23 voltios.

— analogsystemsrf
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Como explicaron las otras respuestas, el voltaje no es constante a 0.7V, pero según la referencia al potencial de barrera en su pregunta, supongo que se da cuenta de esto y pregunta más sobre la física de los semiconductores detrás de por qué sucede esto.

La razón es que la región de agotamiento de un diodo (con voltaje cero aplicable) crea el potencial de barrera, como ya notó, de aproximadamente 0.7V (suponiendo un diodo de silicio típico). A medida que aplica voltaje directo, la región de agotamiento se vuelve más pequeña. Con bajo voltaje, la región de agotamiento más grande restringe la mayor parte de la corriente y, a medida que aumenta el voltaje, la región de agotamiento reducida da como resultado una reducción en la resistencia (y, por lo tanto, un aumento de la corriente). Esto continúa hasta acercarse a ~ 0.7V donde la región de agotamiento es muy pequeña, así como la resistencia. Esto provoca la relación exponencial de VI.

Este artículo tiene algunos buenos diagramas y explicaciones, al igual que la página Wiki .

— AngeloQ
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El punto es que no puede "aplicar un voltaje más alto que este potencial de barrera", el diodo no lo deja.

Es decir, la impedancia marginal del diodo en modo de conducción es menor que la impedancia de la fuente de su suministro de voltaje: su fuente de voltaje no puede conducir más de "0.7V" a través de un diodo de 0.7V, entonces "el voltaje a través del diodo permanece [s] a 0.7V ".

Por supuesto, la impedancia marginal de un diodo en modo de conducción no es exactamente cero, por lo que habrá un aumento de voltaje si su suministro de voltaje intenta suministrar más de cero corriente. Y la impedancia marginal de su suministro de voltaje puede ser muy baja, comparable a un diodo, por lo que puede aumentar el voltaje del diodo bastante alto antes de que el diodo falle. Esos son los efectos de segundo orden. El modelo simple de un diodo, que conduce por encima de 0.7V, es un dispositivo que limita el voltaje al aceptar corriente infinita.

— david
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Una vez que el diodo se ENCIENDE con suficiente polarización, actúa una fuente de voltaje de 0.7 o 0.6 (depende del material) con una pequeña resistencia en serie.

Entonces, si aumentamos el voltaje de entrada, la corriente a través de la pequeña resistencia también aumentará. Entonces, a medida que aumenta el voltaje de entrada, hay una variación a través de la salida tomada a través del diodo.

Por lo general, el diodo se considera ideal, por lo que no hay resistencia en serie. Entonces el voltaje o / p a través del diodo permanece constante.

— Gowthaman
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