Liệu một diode thực sự tuân theo định luật Ohm?

Liệu một diode thực sự tuân theo định luật Ohm?

Định luật Ohm nói rằng dòng điện qua một dây dẫn giữa hai điểm tỷ lệ thuận với điện áp trên hai điểm.

Giới thiệu hằng số tỷ lệ, điện trở, người ta tìm đến phương trình toán học thông thường mô tả mối quan hệ này: I = V / R, trong đó I là dòng điện qua dây dẫn tính theo đơn vị ampe, V là điện áp đo trên dây dẫn tính theo đơn vị của vôn và R là điện trở của dây dẫn tính theo đơn vị ohms. Cụ thể hơn, luật Ohm nói rằng R trong mối quan hệ này là không đổi, không phụ thuộc vào hiện tại. "

https://en.wikipedia.org/wiki/Ohm%27s_law

Tuy nhiên, tôi đã có một kỹ sư điện đồng nói với tôi rằng một diode không theo Luật Ohm, V = IRngoại trừ nó có một sức đề kháng độ khác nhau có thể tự động thay đổi để giữ cho sự sụt giảm điện áp tương đối ổn định cho bất kỳ hiện tại.

Điều này có đúng không?

Nó có hay không tuân theo Luật Ohm?

Hơn nữa, nếu bạn đặt một diode ở cuối nguồn điện, với cực dương thành + và cực âm không được kết nối, bạn vẫn thấy điện áp rơi không có dòng điện. Giải thích điều này.

Đây là sơ đồ để hiển thị sụt áp đối với dòng điện trên diode HER508:

Nguồn: http://www.rectron.com/data_sheet/her501-508.pdf

Đây thực sự không phải là một câu hỏi trắng đen và nhiều người sẽ cho rằng nó không tuân theo "Luật Ohm", và tùy thuộc vào cách bạn tranh luận, họ có thể đúng.

Tuy nhiên, sự thật là điện trở của một diode thay đổi tùy thuộc vào dòng điện hoặc điện áp được áp dụng. Như vậy, bạn không thể đơn giản tra cứu điện trở của một diode và sử dụng "Định luật Ohm" để xác định mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện bằng công thức V = IR cũ như bạn có thể với điện trở. Từ lập luận đó, không có một diode, hay chính xác hơn là chất bán dẫn, dường như không tuân theo Định luật Ohm.

Tuy nhiên, nếu bạn có một mạch có một diode trong đó, sai lệch ở điện áp V hoặc với dòng điện lệch I, điện trở của diode trong các điều kiện đó vẫn là một hằng số. Đó là, công thức của Ohm vẫn được áp dụng khi diode ở trạng thái ổn định. Nếu bạn đang cố gắng tính trở kháng đầu ra của mạch ở trạng thái đó, điều đó rất quan trọng để biết, trong khi thừa nhận trở kháng sẽ khác khi mạch ở trạng thái khác.

Trong thực tế, tôi sẽ đi xa hơn khi lập luận rằng một diode luôn tuân theo công thức của Ohm. Có V = IR. Tuy nhiên, trong trường hợp diode R tuân theo một phương trình khá phức tạp bao gồm V hoặc I là các biến ..

Đó là cho một diode

đâu R D = F ( I , V ) V = tôi . F ( I , V $V = I.R_D$
$R_D = F(I,V)$
$V = I.F(I,V)$

Vì vậy, về mặt toán học, nó tuân theo công thức của Ohm, chỉ là không ở dạng sử dụng nhiều cho bạn ngoại trừ trong các điều kiện tĩnh rất cụ thể.

Đối với những người tranh luận "Luật Ohm không áp dụng nếu sự kháng cự không đổi" tôi e rằng đó là một sự hiểu lầm của Maxwell. Ý định của Ohm với điều đó là điện trở phải không đổi theo thời gian trong điều kiện kích thích ổn định. Đó là, điện trở không thể thay đổi tự phát mà không thay đổi điện áp và dòng điện áp dụng. Sự thật là, không có gì có một kháng cự cố định. Ngay cả điện trở quý watt khiêm tốn của bạn sẽ thay đổi điện trở khi nó nóng lên và khi nó già đi.

Nếu bạn nghĩ rằng đây chỉ là ý kiến ​​của một người đàn ông, bạn sẽ đúng, tên anh ta là
Georg Simon Ohm

Có thể bạn chưa bao giờ thực sự đọc tác phẩm của anh ấy , hoặc nếu bạn đọc tiếng Đức, phiên bản gốc . Nếu bạn từng làm, và, ở 281 trang hoặc thuật ngữ điện và tiếng Anh cổ, tôi cảnh báo bạn, đó là một điều rất khó đọc, bạn sẽ phát hiện ra rằng anh ấy thực sự bao gồm các thiết bị phi tuyến tính và, như vậy, chúng nên được bao gồm trong luật Ohm. Trong thực tế có toàn bộ Phụ lục, khoảng 35 trang, dành hoàn toàn cho chủ đề. Ông thậm chí còn thừa nhận có những điều vẫn còn được phát hiện ở đó và để nó mở cho cuộc điều tra tiếp theo.

Luật Ohms tuyên bố .. theo Maxwell ..

"Lực điện động tác dụng giữa các cực của bất kỳ phần nào của mạch là sản phẩm của cường độ dòng điện và điện trở của phần đó của mạch."

Tuy nhiên, đó chỉ là một phần của luận điểm của Ohm và đủ điều kiện trong lời nói của Ohm bởi "một mạch điện tử ... đã có được trạng thái vĩnh viễn" được định nghĩa trong bài báo, và tôi diễn giải, vì bất kỳ yếu tố nào có sức đề kháng đều phụ thuộc trên điện áp hoặc dòng điện áp dụng hoặc bất cứ thứ gì khác phải được phép ổn định trong điều kiện cân bằng của nó. Hơn nữa, sau khi có bất kỳ thay đổi nào trong việc kích thích toàn bộ mạch, sự cân bằng phải xảy ra trước khi công thức có hiệu lực. Maxwell, mặt khác đủ điều kiện là, R không được thay đổi với V hoặc I.

Đó có thể không phải là những gì bạn được dạy ở trường, hoặc thậm chí những gì bạn đã nghe trích dẫn hoặc đọc từ nhiều nguồn có uy tín, nhưng đó là từ chính Ohm. Vấn đề thực sự là nhiều người nhận thức hoặc chỉ hiểu một cách giải thích rất đơn giản về luận điểm của Ohm, được chấp bút bởi Maxwell, có thể, đã bị nhầm lẫn, được truyền bá trong nhiều thập kỷ kể từ khi người đàn ông vĩ đại thực sự thực hiện công việc của mình là "Định luật Ohm".

Mà tất nhiên để lại cho bạn một nghịch lý.

Thực tế là Ohm đã nói một cách đơn giản, một khi nó ổn định ở trạng thái ổn định, điện áp trên mạch là tổng của thời gian hiện tại các điện trở của các bộ phận.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

$E = I.R1 + I.R2 + I.R3$

Trong đó R3 là bất cứ điện trở nào mà diode giải quyết. Như vậy, không quan trọng việc R3 có phải là diode hay không. Mà tất nhiên là đúng. Maxwell, mặt khác, ngụ ý rằng vì mạch chứa một phần tử phi tuyến tính, công thức không áp dụng, tất nhiên, là sai.

Vậy chúng ta có tin những gì Maxwell viết là một lỗi trong quá trình đơn giản hóa và đi theo những gì Ohm thực sự đã nói, hay chúng ta vứt bỏ những gì Ohm thực sự nói và đi với sự đơn giản hóa của Maxwell khiến cho những phần phi tuyến tính bị lạnh?

Nếu bạn tin rằng một diode không phù hợp với mô hình tinh thần của Luật Ohm, thì mô hình Luật Ohm của bạn thực sự là Luật Maxwell. Một cái gì đó cần phải đủ điều kiện là một tập hợp con của luận án Ohm. Nếu bạn tin rằng một diode không phù hợp với mô hình thì bạn thực sự trích dẫn luận điểm của Ohm.

Như tôi đã nói, nó không phải là màu đen và trắng. Cuối cùng, nó không thực sự quan trọng vì nó không thay đổi gì.

$\Delta V$$\Delta i$$Rd=\frac{\Delta V}{\Delta i}$

Bạn của bạn chỉ đơn giản là mô tả hành vi của một diode tiêu chuẩn (silicon, không phải Schottky), có đường cong vi là số mũ về cơ bản là bằng 0 (đối với biểu đồ sử dụng mA làm trục hiện tại) và bắt đầu tăng rõ rệt ở khoảng 0,6 vôn và thường sẽ đạt dòng điện rất cao khoảng 0,7 volt. Đó là, điện trở động rất cao ở dòng điện thấp và sau khi (khoảng) 0,6 volt giảm nhanh. Điều này có nghĩa là, nếu bạn có một diode phân cực thuận được điều khiển bởi một điện áp thay đổi và điện trở cố định, trên một dải điện áp, điện áp chuyển tiếp của diode sẽ khá gần với 0,6 hoặc 0,7 volt.

Điốt không tuân theo luật ohms. Như bạn có thể thấy trong đoạn trích dẫn của mình, luật Ohm nói rõ rằng R không đổi. Nếu bạn cố gắng tính R từ V / I trong khi nhìn vào đường cong điốt IV, bạn sẽ thấy rằng khi bạn tăng điện áp, "R" sẽ thay đổi.

Bạn kỹ sư điện của bạn là không chính xác. Nói rằng "điện trở thay đổi để giữ một Vdrop không đổi" là hoàn toàn vô nghĩa. Trong trường hợp này, "kháng cự" theo nghĩa đen chỉ là V / I, đang thay đổi. Nếu bạn cho phép R có bất kỳ giá trị nào trong V = IR, phương trình sẽ trở nên vô dụng vì bạn không thể dự đoán bất cứ điều gì.

Trong tình huống của bạn, bạn sẽ không thấy sụt áp. Cả hai mặt của thiết bị sẽ có cùng điện áp dương (so với - cực của nguồn điện)

Định luật Ohm nói rằng dòng điện qua một dây dẫn giữa hai điểm tỷ lệ thuận với điện áp trên hai điểm.

1. Một diode không phải là một dây dẫn.

2. '... Tỷ lệ thuận với ...' có nghĩa là mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp và dòng điện trong một phạm vi hoạt động đáng kể, rõ ràng, không phải là trường hợp.

Vì vậy, không; một diode không tuân theo định luật Ohm.

Một diode là một diode và không theo dõi cũng như không quan tâm bất cứ điều gì chúng ta nghĩ, viết hoặc tưởng tượng về nó.

Vì vậy, câu hỏi có thể được đảo lộn thành một cái gì đó như
"Liệu một đặc tính I / V của diode có thể được mô hình hóa bằng định luật Ohm không?"

Trong trường hợp này, câu trả lời có thể là:
"Có, trong một số ràng buộc nhất định, luật của Ohm có thể được sử dụng mặc dù nó chắc chắn không phải là lựa chọn tốt nhất cũng không phải là lựa chọn đầu tiên"

$v=R\,i$$R=f(i)$

Trong thực tế, nhiều mô hình có thể được đẩy để phù hợp với hành vi của diode, chỉ ra một mô hình phù hợp cho chính các ứng dụng của bạn là công việc.

Các diode cũng có thể được mô hình hóa như là một tụ điện:

$v=\frac{1}{C}\int i\,{\mathrm{dt}}$$\frac{1}{C}=f(v,i,t)$

Đây rõ ràng là một ý tưởng hoàn toàn điên rồ và không ai có thể nghĩ đến việc sử dụng nó.

Tôi chỉ muốn làm cho mô hình rõ ràng chỉ là mô hình. Họ không liên quan gì đến "thực tế" - dù điều đó có nghĩa là gì - và họ đúng miễn là họ đưa ra câu trả lời "đúng". Sau đó, một số trong số họ phù hợp hơn với mục đích.

Vì vậy, tóm tắt, tùy thuộc vào những gì chúng ta theo sau, sẽ tìm thấy mô hình phù hợp hơn:
giảm / ngưỡng liên tục, giảm liên tục và kháng cố định, các mô hình hàm mũ và các vi phân khác nhau chắc chắn tốt hơn rất nhiều sau đó cố gắng đẩy luật Ohm bất đắc dĩ.

... Tôi đã có một kỹ sư điện nói với tôi rằng một diode tuân theo định luật Ohm, V = IR, ngoại trừ nó có điện trở khác nhau tự động thay đổi để giữ cho điện áp rơi tương đối ổn định cho bất kỳ dòng điện nào. Điều này có đúng không?

Đúng

• nhưng chỉ đối với điện áp tăng khi bão hòa và giá trị cố định của điện trở có dung sai rộng, nhưng bạn có thể xem xét đường cong VI danh nghĩa.

Bão hòa là gì? Khi điện trở logarit động trở nên nhỏ hơn điện trở khối cố định để ESR gần như không đổi và Luật Ohm được áp dụng.

• Lưu ý các def'n sau là sai !!
  Một diode đi qua dòng điện tối đa có thể, do đó tăng thêm điện áp ứng dụng không ảnh hưởng đến dòng điện. McGraw-Hill Từ điển thuật ngữ khoa học và kỹ thuật, 6E, Bản quyền © 2003 của The McGraw-Hill Enterprises, Inc.

ESR là gì? Điện trở sê-ri hiệu quả thường được đo bằng tiếp tuyến của đường cong VI hoặc$ESR=\frac{\Delta V}{ \Delta I}$ điều này có thể được sử dụng để đo Cap ESR với xung bước hoặc bóng bán dẫn Vce (sat) hoặc bất cứ thứ gì có tổn thất trong một phạm vi giới hạn.

Vì vậy, những gì hiện tại là cần thiết để đo ESR?

• Nó trở nên tuyến tính hơn và cố định gần Vf @ current được xếp hạng Nếu và có thể được dự đoán chung cho hầu hết các điốt sử dụng điều này
• Vì If (max) phụ thuộc vào xếp hạng công suất Pd (max) và kích thước chip ESR luôn liên quan nghịch đảo với Pd và không còn là logarit mà gần như không đổi. - Dung sai ESR có thể là +/- 50% trên toàn bộ sản phẩm nhưng <5% trong một lô.
• Đối với điốt Zener, ESR được gọi $Z_{zt}$@ some If (mA) và là điều tương tự và Luật Ohm được áp dụng

Thí dụ:

$V_f= V_{th} + I_f*ESR ~~~~~$
- Vth là đầu gối của đường cong như ngưỡng Zener (LED, Ge, Si, v.v.)

Xác nhận xác nhận của tôi

Thông số kỹ thuật Toshiba LED TL1-L3-xxx

• 2,85V (typ) @ 350mA, tối đa 1A (xung) vì vậy đo ESR> 0,1A
• Pd (kiểu) = 2,85 * 350mA = 1W
• (quy tắc của tôi) ESR = k / Pd cho k = 0,5 (tốt) đến 1 (công bằng)

Từ bảng tính ở trên (được tạo từ biểu dữ liệu ), hãy xem ESR (màu xanh đậm) làm phẳng ở trên Vf = 2.85V

• ESR @ Nếu
  • (trục Y trái so với trục Y phải)

 1.5 Ω @ 100mA
 1.0 Ω @ 175mA
 0.5 Ω @ 350 mA ( 2.85V )
 0.25Ω @ 1000 mA  ( absolute max)

Vì ở trên có nghĩa là ESR k hệ số = 0,5, đây là một đèn LED hiệu quả tuyệt vời (không chỉ tốt) Đèn LED công suất thấp như 5mm có xu hướng có k = 1, ví dụ 65mW, ESR = 16. Nói chung, chất lượng sản phẩm càng tốt và kích thước càng lớn, k càng thấp thì càng tốt, Con số công đức (foM) hữu ích. và hãy nhớ dung sai về thông số kỹ thuật là rộng, nhưng kết quả của bạn phụ thuộc vào nhà cung cấp.

Thông tin linh tinh (ticky tacky)

Điốt vốn đã logarit hơn 4 thập kỷ khi lý tưởng. Đây là một diode công suất lớn nên điện trở khối lớn tuyến tính khá nhỏ so với đáp ứng tự nhiên logarit.

Tôi thường nói về cách điện trở tuyến tính tăng dần của điốt tuân theo xếp hạng Pd nghịch đảo +/- 25% cho k = 0,5 đến 1 cho ESR = k / Pd. Đây là khám phá của riêng tôi, chưa được dạy nhưng phù hợp với hầu hết các điốt và bóng bán dẫn. mặc dù phần này không có xếp hạng Pd, nhưng 5A@1.1~1.7 @ 60'C ngụ ý một avg. 7W hoặc ESR từ 0,07 đến 0,14 ohms hoặc avg. tăng 0,1V mỗi Ampe. Điều này đưa ra ước tính sân bóng của đường cong trong phạm vi 1 đến 10A ở trên trở thành tuyến tính như được hiển thị bởi đường cong trong biểu đồ log-lin của hình 4 trong http://www.eicsemi.com/DataSheet/HER501_8.pdf

Nhưng đường cong này bạn chỉ hiển thị cho xung hẹp trong đó nhiệt độ đường giao nhau được điều chỉnh ở mức không đổi 25'C.

Nhưng đối với ESR, nó đi theo một đường cong hơi tuyến tính giữa 10% và 100% dòng định mức tối đa. Dưới mức này, R tăng dần là logarit.

Vì vậy, có và không là câu trả lời của bạn. Nó phụ thuộc vào ESR.

Họ không tuân theo luật Ohm, nhưng điều đó không làm cho sự so sánh trở nên vô dụng.

Trước hết, hãy xem xét rằng nếu tôi có bất kỳ hai giá trị nào, chẳng hạn như điện áp và dòng điện, tôi có thể định nghĩa một số hàm R là "điện trở" tương đương với hai giá trị. Trong trường hợp này, R của một diode ("điện trở" của một diode) rất phi tuyến. Tôi cho rằng tôi có thể tạo mối quan hệ như vậy cho bất kỳ thiết bị nào tôi muốn, tuyên bố điốt theo Luật Ohm giống như nói rằng "bất cứ thứ gì cũng có thể bị rơi xuống không khí ít nhất một lần." ( Quy tắc 11 )

Tuy nhiên, mối quan hệ này có thể rất hữu ích cho các mô hình tín hiệu nhỏ. Chúng ta hãy lấy vùng hàm mũ cơ bản của hành vi của một diode:$I=I_0e^{kV}$, trong đó $ k là một số hằng số cho diode cụ thể đó. Nếu tôi lấy đạo hàm, tôi nhận được$\frac{dI}{dV}=kI_0e^{kV}$. Tôi có thể sử dụng điều này để xây dựng một mô hình tín hiệu nhỏ cho một diode bị lệch với một điện áp nhất định. Miễn là điện áp tín hiệu nhỏ đủ nhỏ, nó sẽ không tạo ra quá nhiều hiệu ứng phi tuyến tính và tôi có thể thực hiện một số thiết kế mạch như thể diode là một điện trở.

Luật Ohms hoạt động cho rất nhiều thứ ngoài dòng điện và điện áp thông qua điện trở. Nhưng bất cứ nơi nào bạn cố gắng áp dụng nó, cuối cùng nó sẽ thất bại. Đối với một điện trở, sự cố xảy ra khi dòng điện và điện áp đủ cao để làm cho điện trở đi lên trong khói. Đối với các mạch từ, định luật ohm thất bại khi một phần của mạch bão hòa. Nó cũng có thể áp dụng cho dòng chảy chất lỏng thông qua các đường ống, mô hình nhập cư bất hợp pháp, và nhiều hơn nữa.

Đối với các điốt thông thường, có THIẾT BỊ DIODE, được phát triển IIRC bởi Shockley. Đó là I = Io (e ^ (Vd / nVt) -1). Một diode không tuân theo luật ohm. Xem https://en.wikipedia.org/wiki/Diode_modelling để biết thêm chi tiết. Tất nhiên mô hình này, giống như tất cả các mô hình khác, có giới hạn vượt quá nó thất bại.

Trong mô hình mạch thông thường, tôi sử dụng một công tắc điều khiển điện áp nối tiếp với nguồn điện áp khoảng 0,6 volt. Dưới 0,6 volt, công tắc mở và không có dòng điện. Trên 0,6 volt, công tắc đóng và giảm điện áp được giới hạn bởi nguồn điện áp đến 0,6, bất kể dòng điện. Điều này hoạt động đủ tốt trong hầu hết các mạch.

Lưu ý rằng máy tính WP-34 bao gồm hàm Lambert W mà bạn có thể sử dụng để giải phương trình diode ngay lập tức mà không cần lặp lại, nhưng điều đó nằm ngoài phạm vi câu hỏi của bạn.

Ở tần số cao, điốt có độ tự cảm và điện dung sẽ phải được mô hình hóa, vì vậy hãy cẩn thận nếu bạn gặp phải tình huống như vậy.

Bạn của bạn đang nhầm lẫn "định luật Ohm" trong đó nêu rõ mối quan hệ tuyến tính giữa điện áp và dòng điện với khả năng xác định điện trở vi sai, mối quan hệ cục bộ giữa điện áp và dòng điện tại một điểm vận hành nhất định. Cái trước là một luật thực tế đưa ra một tuyên bố theo quy định, cái sau về cơ bản ít nhiều mô tả và chỉ giả định sự tồn tại của một mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện.

Lưu ý rằng điểm vận hành thậm chí không thể được mô tả duy nhất bằng dòng điện: ví dụ, một diode đường hầm có pha kháng điện âm khi hiệu ứng đường hầm được thay thế bằng hành vi của diode thông thường, khi dòng điện giảm khi điện áp tăng. Điều này làm cho nó khả thi để lái xe dao động.

Điốt là phi tuyến tính (cho dù chúng phát ra ánh sáng hay không).

"Phi tuyến tính" có nghĩa là họ không tuân theo Luật Ohm theo cách thông thường như điện trở, lò sưởi, dây dài, v.v.

 E=IR              E (volts) = I (amps) x R (ohms).  

Tại bất kỳ ngay lập tức có giá trị cho E và I, vì vậy một hiệu quả R có thể được tính.

Nhưng Định luật Ohm cho cảm giác R không đổi nếu E hoặc tôi thay đổi: nếu E nhân đôi tôi cũng phải tăng gấp đôi. Điều đó không đúng với những thứ phi tuyến tính như điốt.

Định luật Ohms là một phương trình tuyến tính và tất cả những thứ khác được giữ không đổi dẫn đến một biểu đồ đường thẳng. Một diode được phân loại là một thiết bị phi tuyến tính và để khẳng định khác là giống như nói định nghĩa của tuyến tính là sai. Bạn có nghiêm túc sử dụng sự tương tự với một ô vuông hoặc khối. Nói một diode theo luật ohms nghe có vẻ như một trích dẫn từ một chính trị gia - và như có thể tin được.

Ý tưởng chung về kháng chiến là $R = \frac{dI}{dV}$.

Với mạch thụ động, mọi thứ đều tuyến tính và điện trở cũng $R = \frac{dI}{dV} = \frac{V}{I}$ - đạo hàm là một hằng số, tuyến tính.

Đây là kháng cự tuyến tính (một hằng số), mà mọi người nghĩ đến đầu tiên khi nói về kháng chiến. Họ là "điện trở". Thật tiện lợi khi các thành phần hoạt động khác không phải được thể hiện dưới dạng kháng thuần túy. Ngay cả với điện trở ký sinh (kháng diode ký sinh phía trước, FET$R_{OUT}$, v.v.), chúng tôi đối phó với chúng như điện trở. Vì vậy, điều này củng cố ý tưởng rằng điện trở chỉ dành cho điện trở.

Nhưng thực sự nếu chúng ta lấy $R = \frac{dI}{dV}$, gần như bất kỳ thành phần nào có điện áp rơi trên chúng và cho phép dòng điện chạy đến hoặc từ ít nhất một thiết bị đầu cuối có thể được biểu thị là có "điện trở".

Có lẽ tôi sẽ hối hận khi nói "chảy đến hoặc từ ít nhất một thiết bị đầu cuối", vì không có thành phần thực tế nào như vậy (có thể là ăng ten, nhưng tôi không chắc)

CSONG, không mua từ Điện tử của Lees, họ có thể nhầm lẫn khi cung cấp cho bạn các bộ phận dành riêng cho tôi và bạn có thể kết thúc với các thành phần bị lỗi.