ダイオードの順方向電圧が一定なのはなぜですか？

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特定のバリア電圧（たとえば、Siに対して0.7 V）のダイオードがあり、このバリア電位よりも高い電圧を印加すると、ダイオードの両端の電圧が0.7Vのままになるのはなぜですか？

0.7マークに達するまで正弦波入力が印加されると、ダイオードの両端の出力電圧が増加することを理解していますが、それ以降は一定のままである理由がわかりません。

この障壁電位よりも高い電位は電流を通過させるので、ダイオードの電位は印加電圧から0.7 Vを引いたものでなければなりません。

voltage diodes

— sdpatel
ソース

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誰がそれを一定だと言ったのですか？

— ドミトリーグリゴリエフ

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「ダイオードの順方向電圧が一定なのはなぜですか？」そうではないので、残りの質問はかなり無意味です。

— オリンラスロップ

@DmitryGrigoryev少なくとも私の大学の電子工学コースのイントロでは、宿題の問題と試験のダイオードはすべて順方向電圧ダイオードです。

— テイラースウィフト

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@taylorswiftそのために理想的なダイオードを使用しました。理想ダイオードの利点は、理想であることがわかっていることです。そのため、このような質問の余地はありません。

— ドミトリーグリゴリエフ

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それは電子工学のコースを持っているときに私が数年前に私に尋ねた質問であったという理由だけで賛成しました：それは合法的な質問であり、答えは初心者にとって非常に有益です。大いに支持された答えの一つを受け入れるべきです。

— ベンジ

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ダイオードの両端の電圧は約0.7 Vのままではありません。電流を増加すると、順方向電圧も増加します（ここでは1N400x）。

1N4001順電圧と順電流

そして、電流をさらに増加させると、電力消費が大きくなりすぎ、ダイオードは最終的にLED（発光ダイオード）になり、その後すぐにSED（発煙ダイオード）になります。したがって、実際には大きな順方向電圧は発生しません。

— CL。
ソース

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発煙ダイオードの大規模な

— 賛成票

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NED =ノイズ放射ダイオード。;-)

— マイクウォーターズ

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これをSEDに賛成するためだけに参加しました。

— -TheValyreanGroup

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笑。上記のプロットは、対数電流対線形電圧であることに注意してください。そのため、（左の）直線は実際には指数曲線です。つまり、電流は電圧よりもはるかに速く増加しています。そのため、ボルテーションは0.7 vから少し移動しますが、SEDを取得するまではそれほど移動しません。

— ロバートブリストージョンソン

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大学時代（70年代）に、ルームメイトがいて、大量のガラスダイオードを搭載した余剰のコンピューターボードを購入していました。彼は、各ダイオードのAC電源コードの端を順番にクリップで止め、ショットグラスをダイオードの上に置き、コードをコンセントに差し込みます。音と光はありましたが、ダイオードが蒸発したため、基本的に煙はありませんでした。熱いガラスの飛散物がショットグラスの内側に堆積します。数百のダイオードの後、ショットグラスにはかなりの層が形成されました。（家でこれを行うことは、馬鹿げた、潜在的に危険な行為でしたので避けてください）。

— マイケルカラス

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電圧は観測および測定できるものですが、変化しているのは抵抗です。

ダイオードは大きな抵抗として始まります。ダイオードに電圧を印加すると、順方向ブレークダウン電圧に近づくまで抵抗はかなり一定のままです。その時点で抵抗が低下し始めます。

膝を過ぎて抵抗は非常に低いです。膝の後にさらに増加しても、抵抗はほとんど変化しません。

Rが下がったので、その電圧を維持するためには、電流を大きくしなければなりません...たくさん。ダイオードは小さな抵抗「スイッチ」になっているため、オンと呼ぶことができます。

ダイオードの最大電圧と電流の関係は次のようになります。

膝の前の勾配は前方オフコンダクタンス（1 / R）であり、膝を越える勾配は前方オンコンダクタンスです。

もちろん、実際の数学はそれよりもはるかに複雑ですが、この説明は人々の理解に役立つと思います。

— Trevor_G
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「膝を貼り付けると、抵抗は非常に低くなります。膝の後の抵抗を大きくしても抵抗はほとんど変化しません」- しかし、ほとんどのダイオードは、過度の電圧降下（および電力損失）を引き起こすため、膝を大きく過ぎて動作しません。

— ブルースアボット

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再、「実際に変化しているのは抵抗です」「実際に」と言うことに注意してください。「実際に」何が起こっているのかを物理学者に尋ねると、量子場の理論に満ちた耳が得られます。「抵抗」という言葉は、指揮者の中でエレクティシティがどのように流れるかのゲオルグ・オームのモデルに由来します。A PNダイオードは、実際にそのモデルに適合していませんが、それは場合に役立ちますあなたがのそれの一部、可変抵抗を持つものとしてダイオードを考えるためにあなたのモデル。それがあなたのために働くなら、それからちょっと！それはあなたのために働きます。全員が同じI / V曲線に同意する限り、すべてがクールです。

— ソロモンスロー

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@sdpatel、申し訳ありませんが、私は固体物理学を知りません。私はたまに簡単な電子回路をいじるだけのソフトウェアオタクです。半導体ダイオードの私の理解は、魔法を消さない限り、動作点はその固定曲線のどこかにあるという考えに限定されています。実際、ほとんどの場合、私はさらに単純なモデルを使用します。「順方向電圧はNボルトに近いところになります」（NはLEDの特定の色、ショットキーダイオード、または1N400_x_。）

— ソロモン遅い

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VIグラフは単に間違っています。これは、スケールを正（mA）から負（uA）に変更するとどのように見えるかについての「アーティストの印象」です。そして、アーティストはそれを非常に間違っていました。原点付近に変曲点はありません。曲線は基本的に、原点を通過するように変換された指数関数です。正しく拡大縮小すると、原点付近で不連続性があるように見えます。芸術家はきれいな曲線を作りたいと思い、最もきれいな波状の線であるに違いないもので両側を結合しました。結果：間違ったグラフが広まり、銀河中の学生を混乱させます。

— スレドニヴァシュタル

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@Trevor、すごい、それは速かった！:-)それが間違っていることを指摘するために取られたウェブサイトの作者に連絡することは良いことです。私はスタイルを認識しているようだが、私はそれが...あるチュートリアルサイト思い出すことができない

— Sredni Vashtar

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ダイオードの両端の電圧が0.7Vのままになるのはなぜですか？

そうではありません。ほとんどの場合、平らな地球が町を走るのに十分であるように、一定の0.7 Vで十分です。

— ダニーフ
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ダイオードは、ダイオードを流れる電流とダイオード両端の電圧との間に対数関係があります。電流が10：1増加すると、ダイオード全体で0.058ボルト増加します。（0.058 Vはいくつかのパラメーターに依存しますが、多くのオンチップシリコンバンドギャップ電圧リファレンスでその数を確認できます]。

電流が1,000：1に変化した場合、増加または減少しますか？V _{ダイオードの}（少なくとも）3 * 0.058ボルトの変化を期待できます。

電流が10,000：1に変化した場合はどうなりますか？少なくとも4 * 0.058ボルトが必要です。

大電流（1 mA以上）では、シリコンのバルク抵抗が対数動作に影響を及ぼし始め、I _{ダイオード}とV _{ダイオードの}間の直線関係がより大きくなります。

この動作の標準方程式には、「e」、2.718、したがって

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

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

私 d 私 o d e = 私 s * [e^{-} V d 私 o d e / 0.026 - 1]

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

ところで、これと同じ動作は、バイポーラトランジスタのエミッタベースダイオードにも存在します。1 mA、1 µAで0.60000000ボルトと仮定すると、3 * 0.058 V = 0.174 V少ないと予想されます。1ナノアンペアでは、6 * 0.058 V = 0.348 V少ないと予想されます。1ピコアンペアで、9 * 0.058ボルト= 0.522ボルト少ないことを期待します（ダイオード全体でわずか78ミリボルトになります）。おそらく、この純粋なログ動作は、ゼロボルトV _{ダイオードに}近い正確なツールではなくなります。

30年にわたるIcのVbeプロットを次に示します。少なくとも3 * 0.058ボルトまたは0.174ボルトが予想されます。このバイポーラトランジスタの現実は0.23ボルトです。

— analogsystemsrf
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他の回答で説明したように、電圧は0.7Vで一定ではありませんが、質問の障壁電位への参照に基づいて、私はあなたがこれに気づき、なぜこれが起こるのかについて半導体物理学についてもっと質問していると思います。

理由は、ダイオードの空乏領域（電圧がゼロの場合）により、既に説明したように、約0.7Vの障壁電位が生じるためです（一般的なシリコンダイオードを想定）。順方向電圧を印加すると、空乏領域が小さくなります。低電圧では、大きな空乏領域が大部分の電流を制限し、電圧が増加すると、空乏領域が減少すると抵抗が減少します（したがって電流が増加します）。これは、抵抗だけでなく空乏領域が非常に小さい約0.7Vに近づくまで続きます。これにより、指数関数のVI関係が発生します。

この記事には、Wikiページと同様に、いくつかの優れた図と説明があります。

— アンジェロQ
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ポイントは、「この障壁電位よりも高い電圧を印加することはできない」ということです。ダイオードはそれを許可しません。

つまり、導通モードでのダイオードの限界インピーダンスは、電源のソースインピーダンスよりも小さくなります。電圧ソースは、0.7Vのダイオードで「0.7V」を超えて駆動できないため、「ダイオードの電圧はそのままです」 [s] 0.7V "で。

もちろん、導通モードのダイオードの限界インピーダンスは正確にゼロではないため、電圧供給がゼロを超える電流を供給しようとすると、電圧がいくらか上昇します。また、電源の限界インピーダンスは非常に低く、ダイオードに匹敵するため、ダイオードが故障する前にダイオード電圧を非常に高く上げることができます。これらは二次効果です。0.7V以上で導通するダイオードの単純なモデルは、無限電流を受け入れることで電圧を制限するデバイスです。

— デビッド
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ダイオードが十分なバイアスでオンに切り替えられると、小さな直列抵抗で0.7または0.6（材料に依存）の電圧源として機能します。

したがって、入力電圧を上げると、小さな抵抗の電流も増加します。したがって、入力電圧が増加すると、ダイオード間で取られた出力に変動が生じます。

通常、ダイオードは理想的であると見なされるため、直列抵抗はありません。そのため、ダイオードのo / p電圧は一定のままです。

— ゴータマン
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