¿Por qué el voltaje directo del diodo es constante?

Cuando tiene un diodo con cierto voltaje de barrera (p. ej., 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 0,7 V?

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

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

¿Quién te dijo que era constante?
"¿Por qué el voltaje directo del diodo es constante?" No lo es, por lo que el resto de la pregunta no tiene sentido.
@DmitryGrigoryev en introducción a los cursos de electrónica en mi universidad al menos, todos los diodos en problemas de tareas y exámenes son diodos de voltaje directo constante.
No es constante per se, es solo que en las condiciones de operación en las que se usaría un diodo, su voltaje directo variará en una cantidad muy pequeña. Por lo tanto, incluso si la cantidad de corriente a través de un diodo se duplica, la caída de voltaje solo será de varias decenas de mV como máximo. Solo mire la ecuación del diodo que vincula la corriente con la caída de voltaje si no me cree.
@taylorswift Usamos 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.
Voté a favor solo 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 los principiantes. Debería aceptar una de las respuestas masivamente votadas.
Ninguna de las respuestas indica por qué la caída de voltaje es relativamente constante a medida que aumenta el voltaje aplicado. La mayoría de las respuestas simplemente reafirman que el voltaje cambia mucho más lentamente después de 0.7 v.
El voltaje y la corriente son directamente proporcionales, por lo que un aumento en la corriente resultará en un aumento en el voltaje.

Respuestas (8)

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 tensión directa frente a corriente directa

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

voto a favor masivo para el diodo emisor de humo
NED = Diodo emisor de ruido. ;-)
Esa curva parecía más suave de lo que debería haber sido... ¡hasta que me di cuenta de que el eje y era logarítmico!
Se unió solo para votar esto por SED.
Donde hay un diodo emisor de humo, hay un diodo emisor de fuego.
jajaja. cabe señalar que el gráfico anterior es la corriente logarítmica frente al voltaje lineal. entonces una línea recta (a la izquierda) es en realidad una curva exponencial. eso significa que la corriente está aumentando mucho más rápido que el voltaje. entonces el voltaje se mueve un poco de 0.7 v, pero no mucho antes de llegar a SED.
En mis días de universidad (década de 1970), tenía un compañero de cuarto que compraba tableros de computadora sobrantes que tenían toneladas de diodos de vidrio. Sujetaría los extremos de un cable de alimentación de CA a través de cada diodo, colocaría un vaso de chupito sobre el diodo y luego conectaría el cable a la toma de corriente. Hubo sonido y luz, pero básicamente no hubo humo cuando el diodo se evaporó. La salpicadura de vidrio caliente se depositaría en el interior del vaso de chupito. Después de cientos de diodos, se acumuló una capa considerable en su vaso de chupito. (Por favor, evite hacer esto en casa, es una actividad tonta y potencialmente peligrosa).
@Michael, el 1n400x típico es un diodo cerrado de plástico. Más propensos a fumar que los de vidrio.
@Passerby - Oh, estoy de acuerdo.
Por divertida que sea esta respuesta, el diodo normalmente no se convertiría en un LED. Se convertiría en un SED mucho antes de que se iluminara, debido a la transición prohibida en el silicio (falta de impulso).
@CL. Hipotéticamente, ¿es posible mantener, digamos, 1v de voltaje a través del diodo, pero sin pasar corriente? O, en otras palabras, para mantener un valor superior a 0,7 V en el diodo, ¿se requiere una cantidad de corriente Eber-moll? Del diagrama de banda de Fermi, parece que solo se necesita voltaje para que el diodo se polarice hacia adelante y proporciona una gran cantidad de portadores de carga para que fluya una corriente muy grande.
@eliu El gráfico dice alto voltaje solo a alta corriente.

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 aplica voltaje, esa resistencia permanece bastante constante hasta que se acerca al voltaje de ruptura directo. En ese punto, la resistencia comienza a caer.

ingrese la descripción de la imagen aquí

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

Como R ha bajado, 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 ENCENDIDO.

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

ingrese la descripción de la imagen aquí

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

La matemática real es, por supuesto, mucho más complicada que eso, pero creo que esta descripción ayuda a la gente a entender.

El primer gráfico de esta respuesta tiene dos puntos de inflexión en el rango de voltaje positivo. Sin embargo, el gráfico que se muestra en la respuesta de CL no refleja la misma característica. Aunque uno muestra resistencia frente a voltaje y el otro muestra corriente frente a voltaje (dos relaciones distintas), están estrechamente relacionados entre sí. Yo pensaría que ambos, o ninguno, tendrían dos puntos de inflexión.
@donjuedo, sí, el primero es más una simplificación, seguro. Sin embargo, hace el punto.
"Más allá de la rodilla, la resistencia es muy baja. Cualquier aumento adicional después de la rodilla provoca un pequeño cambio en la resistencia " .
Re, "lo que en realidad está cambiando es la resistencia". Cuidado con decir "en realidad". Pregúntele a un físico qué está sucediendo "realmente", y obtendrá 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 realmente no se ajusta a ese modelo, pero si le ayuda a pensar que los diodos tienen resistencia variable, entonces es parte de su modelo. Si te funciona, entonces ¡Oye! Funciona para ti. Mientras todos estemos de acuerdo en la misma curva I/V, entonces todo está bien.
@jameslarge :) sí, buen punto. Pero intente explicar por qué el cielo es azul a un niño de cinco años... Sin embargo, lo reformulé.
rayleigh scattering ez, @jameslarge, ¿le importaría explicar el modelo de unión PN desde el punto de vista de la física del estado sólido? más específicamente de dónde surge la resistencia interna, y si esta es la causa raíz de lo que limita la corriente a través del diodo, si es así, entonces creo que entiendo la respuesta a mi pregunta original (la corriente está limitada y, por lo tanto, por la ley de ohmios ( en el rango ideal, por supuesto)).
@sdpatel, la corriente NO está limitada ... ni el voltaje ... no confunda los diodos ideales con los diodos reales. Solo van de baja resistencia uno encendido. Con baja resistencia, debe pasar MUCHA corriente para ver un cambio significativo en el voltaje.
@sdpatel, lo siento, no sé física de estado sólido. Solo soy un fanático del software que a veces juega con circuitos electrónicos simples. Mi comprensión de los diodos semiconductores se limita a la idea de que, mientras no deje que la magia se escape, el punto de operación estará en algún lugar de esa curva fija . Y realmente, la mayoría de las veces, uso un modelo aún más simple: el que dice, "el voltaje directo estará cerca de N voltios" (donde N depende de si es algún color particular de LED, un diodo Schottkey, o un 1N400_x_.)
@sdpatel, puede intentar buscar en Physics Stack Exchange: physics.stackexchange.com/search?q=diode
El segundo gráfico tampoco me parece veraz. Según tengo entendido, el comportamiento cuántico de la unión, a pequeños voltajes, debería comportarse como yo ∼ ( mi a V − 1 ) por alguna constante a -- pero su gráfico muestra una región para pequeños positivos V dónde d 2 yo / d V 2 es negativo _ De donde viene eso?
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 trasladada 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.
@SredniVashtar, tienes razón y sí, elegí esa imagen por el factor "bonita". Realmente solo me interesaba resaltar las características en el punto de umbral. Mala mía, lo reemplacé.
@Trevor, ¡guau, eso fue rápido! :-) Sería bueno ponerse en contacto con el autor del sitio web de donde fue tomado para señalar que es incorrecto. Parece que reconozco el estilo, pero no recuerdo qué sitio de tutoriales es...
@SredniVashtar, sí, lo haría... si pudiera encontrarlo de nuevo...
Lo encontré: electronics-tutorials.ws/diode/diode_3.html , también traté de contactar al autor a través de electronics-tutorials.ws/contact pero todo lo que obtuve es "Error al enviar su mensaje. Intente más tarde o comuníquese con el administrador por otro método." Odio perder mi tiempo así.
@SredniVashtar, sí, desafortunadamente la web está llena de información engañosa. Si puede atraparlos cuando publican por primera vez, tiene la posibilidad de corregirlo, de lo contrario, cuanto más antiguo sea, menos posibilidades tiene ... Algo así como personas desaparecidas ...

¿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, al igual que la tierra plana es lo suficientemente buena para conducir por la ciudad.

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. (Los 0.058 V dependen 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 1000:1, ya sea aumentando o disminuyendo? Debería esperar ver (al menos) un cambio de 3 * 0.058 voltios en el diodo V.

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

A corrientes altas (1 mA o más), la resistencia a granel del silicio comienza a afectar el comportamiento logarítmico y se obtiene una relación más lineal entre el diodo I y el diodo V.

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

yo d i o d mi = yo s ∗ [ mi − ( q ∗ V d i o d mi / k ∗ T ∗ norte ) − 1 ]
y a temperatura ambiente y perfiles de dopaje ideales (n=1)
yo d i o d mi = yo s ∗ [ mi − V d i o d mi / 0.026 − 1 ]

Por cierto, este mismo comportamiento existe para los diodos emisores-base de transistores bipolares. 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 en el diodo); tal vez este comportamiento logarítmico puro deje 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; realidad para este transistor bipolar es de 0,23 voltios.ingrese la descripción de la imagen aquí

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 está preguntando 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 aplicación de voltaje cero) crea el potencial de barrera, como ya señaló, de aproximadamente 0,7 V (suponiendo un diodo de silicio típico). A medida que aplica voltaje directo, la región de agotamiento se vuelve más pequeña. Con voltaje bajo, 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 de 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 al igual que la resistencia. Esto causa la relación exponencial VI.

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

El punto es que no puedes "aplicar un voltaje más alto que este potencial de barrera", el diodo no te lo permite.

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 "0,7 V" a través de un diodo de 0,7 V, por lo que "el voltaje a través del diodo permanece [s] a 0,7 V".

Por supuesto, la impedancia marginal de un diodo en modo de conducción no es exactamente cero, por lo que habrá un aumento en el 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 antes de que falle. Esos son los efectos de segundo orden. El modelo simple de un diodo, que conduce por encima de 0,7 V, es un dispositivo que limita el voltaje al aceptar una corriente infinita.

Una vez que el diodo se enciende con suficiente polarización, actúa como 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 resistencia pequeña también aumentará. Entonces, a medida que aumenta el voltaje de entrada, hay una variación en la salida tomada a través del diodo.

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

No, aumentará. Pero permanecerá constante si se asume la naturaleza ideal . Este concepto generalmente se enseña en las escuelas secundarias y no tiene ningún uso práctico.

¿Puede proporcionar evidencia para respaldar su afirmación de que una suposición de voltaje directo constante "no tiene uso práctico"? Y no es suficiente proporcionar un ejemplo de dónde esta suposición no es útil, debe demostrar que esta suposición nunca tiene un uso práctico, en ninguna situación. O retractarse de su última declaración.
En realidad, el gráfico $VI$ del diodo (con polarización directa) es un gráfico creciente que parece una función exponencial. Esto se debe a que cuando el diodo está polarizado directamente, la barrera de potencial se reduce y la corriente de deriva aumenta. Pero esto no sucede instantáneamente. Se necesita algo de tiempo para esta acumulación. Pero si asumimos la naturaleza ideal (e ideal significa perfecto, ¿no?) Obtendremos una línea recta con una pendiente infinita (indefinida). (Recuerde que en realidad nada es perfecto)
(EDITAR): un diodo ideal es un conductor perfecto cuando está polarizado hacia adelante y actúa como un aislante perfecto cuando está polarizado inversamente
¿Por qué el voltaje directo del diodo es constante?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v