Điện trở của một diode bán dẫn

7

Khi chúng ta tính toán điện trở động , đối với bất kỳ đường nối np nào, nó khác với điện trở bình thường như thế nào? Liệu phương trình giảm điện áp (Điện thế fermi giảm, và không phải điện thế Galvani tuyệt đối) có hoạt động không nếu chúng ta sử dụng điện trở động với dòng điện tức thời ( )? Có mối quan hệ tiêu tán năng lượng, giữ trong trường hợp điện trở động? Nếu có, năng lượng có bị tiêu tan dưới dạng nhiệt ngay cả trong trường hợp tiếp giáp np không? Tôi nghĩ điều đó là không thể, vì sự tái hợp electron-lỗ là hiện tượng nổi trội ở đây, và tôi không chắc liệu những thứ đó có thể tạo ra nhiệt hay không. $r=(\frac{dv}{dI})$ $R=\frac VI$ $V=Ir$ $P=I^2r$

— ngẫu nhiên13
nguồn

Điện trở động phụ thuộc vào đặc tính chuyển tiếp chung của diode (hoặc chất bán dẫn công suất khác), là một hàm logarit phức tạp với ít nhất 3 hằng số. Vì vậy, để xác định tổn thất điện năng trung bình, chúng ta phải có một điện áp chuyển tiếp tức thời chính xác và dòng điện tức thời liên quan. Độ dốc xấp xỉ của điện trở Rt và điện áp ngưỡng chúng ta có thể nhận được từ đơn giản hóa đường cong (xem xét hai đường thẳng nối tại điểm đầu gối Vto). Với phương pháp này và với dòng điện trung bình đã biết cộng với góc dẫn, chúng tôi có thể tính toán tổn thất điện năng trung bình

— GR Tech

5

Đối với điện trở lý tưởng , điện áp trên tỷ lệ với dòng điện qua và do đó, tỷ lệ của chúng là hằng số : $R$

\frac{v_{R}}{i_{R}} = R

$\frac{v_R}{i_R} = R$

Đối với diode (bán dẫn) lý tưởng , chúng ta có

i_{D} = I_{S} (e^{\frac{v_{D}}{n V_{T}}} - 1)

$i_D = I_S(e^{\frac{v_D}{nV_T}}-1)$

Sản lượng đảo ngược

v_{D} = n V_{T} \ln (1 + \frac{i_{D}}{I_{S}})

$v_D = nV_T\ln (1 + \frac{i_D}{I_S})$

do đó, điện áp diode không tỷ lệ với dòng diode, nghĩa là tỷ lệ của điện áp và dòng điện không phải là một hằng số .

\frac{v_{D}}{i_{D}} = \frac{n V_{T}}{i_{D}} \ln (1 + \frac{i_{D}}{I_{S}}) \neq R

$\frac{v_D}{i_D} = \frac{nV_T}{i_D}\ln (1 + \frac{i_D}{I_S}) \ne R$

Bây giờ, điện trở nhỏ hoặc tín hiệu động chỉ là

\frac{d v_{D}}{d i_{D}} = \frac{n V_{T}}{I_{S} + i_{D}} \approx \frac{n V_{T}}{i_{D}}

$\frac{dv_D}{di_D} = \frac{nV_T}{I_S + i_D} \approx \frac{nV_T}{i_D}$

nó khác với kháng chiến bình thường như thế nào

Như đã trình bày ở trên, điện trở tĩnh của diode (tỷ lệ giữa điện áp và dòng điện diode) khác với và trên thực tế, lớn hơn điện trở động của diode bởi hệ số $\ln (1 + \frac{i_D}{I_S})$

\frac{v_{D}}{i_{D}} = \frac{d v_{D}}{d i_{D}} \ln (1 + \frac{i_{D}}{I_{S}})

$\frac{v_D}{i_D} = \frac{dv_D}{di_D} \ln (1 + \frac{i_D}{I_S})$

mà là để nói rằng, trong phạm vi hoạt động tiêu biểu, các diode kháng động là nhiều nhỏ hơn sau đó kháng diode tĩnh.

Có mối quan hệ tiêu tán năng lượng, giữ trong trường hợp điện trở động? $P=I^2r$

Công suất tức thời liên quan đến diode là

p_{D} = v_{D} i_{D} = n V_{T} i_{D} \ln (1 + \frac{i_{D}}{I_{S}}) \neq i_{D}^{2} \frac{n V_{T}}{i_{D}} = n V_{T} i_{D}

$p_D = v_D i_D = nV_Ti_D\ln (1 + \frac{i_D}{I_S}) \ne i_D^2\frac{nV_T}{i_D} = nV_Ti_D$

Vì công suất liên quan đến một phần tử mạch luôn là sản phẩm của điện áp trên và dòng qua, nên người ta sẽ không sử dụng điện trở động mà thay vào đó là điện trở tĩnh.

— Alfred Centauri
nguồn

Sau đó, điện trở tĩnh tại một giá trị cụ thể của điện áp, có thể được sử dụng khá nhiều theo cùng một cách chúng ta sẽ sử dụng cho một điện trở? ( )?

P = I^{2} R, V + I R

$P=I^2R,V+IR$

— stochastic13

@SatwikPasani, xem cập nhật cho câu trả lời của tôi.

— Alfred Centauri

3

Đối với bất kỳ thiết bị hai thiết bị đầu cuối nào, hoặc cho bất kỳ hai thiết bị đầu cuối của bất kỳ thiết bị nào, chúng tôi có thể vẽ đồ thị so với điện áp. Đối với một thiết bị có điện trở thuần, đây là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ và độ dốc là nghịch đảo của điện trở. Đối với một thiết bị phi tuyến tính, như diode, nó không phải là một đường thẳng (đó không phải là tuyến tính). Thí dụ:

Diode hiện tại so với điện áp

Tại bất kỳ điểm nào, độ dốc của đường này là độ dẫn động ; nghịch đảo của điều đó là điện trở động. Ví dụ, ở khu vực đảo ngược, đường có độ dốc rất thấp, độ dẫn rất thấp hoặc điện trở rất cao. Ở khu vực phía trước, độ dốc cao, độ dẫn cao, sức đề kháng thấp.

$P=I^2r$ không giữ nếu là điện trở động. , tuy nhiên. $r$ $P=IE$

Lý do hoạt động là vì một thiết bị điện trở tuân theo định luật Ohm, . Từ điều này, chúng ta có thể tính toán công suất từ bất kỳ một điện áp hoặc dòng điện nào, bởi vì mặc dù chúng ta cần cả hai cho nguồn điện, chúng ta có thể tính toán một nguồn từ nhau: $P=I^2R$ $E=IR$

\begin{aligned} P & = I E \\ E & = I R \\ P & = I (I R) \\ P & = I^{2} R \end{aligned}

$\begin{align} P&=IE \\ E&=IR \\ P&=I(IR) \\ P&=I^2 R \end{align}$

Vì các thiết bị phi tuyến tính không tuân theo luật Ohm, không áp dụng cho chúng. Tuy nhiên, thực hiện và nếu bạn có thể đưa ra một số phương trình khác liên quan đến dòng điện cho thiết bị đó và thay thế nó thành , bạn có thể đưa ra một phương trình tính công suất từ điện áp hoặc chỉ dòng điện , cho thiết bị đó. $P=I^2 R$ $P=IE$ $P=IE$

— Phil Frost
nguồn

3

Câu trả lời của Phil Frost rất hay. Tôi chỉ muốn thêm rằng đó là một xấp xỉ thô, thường có thể mô hình một diode (hoặc các điểm nối khác, như một BJT hoặc IGBT) như một nguồn điện áp nối tiếp với một điện trở.

sơ đồ

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

nhập mô tả hình ảnh ở đây

Vì vậy, đối với các mục đích tín hiệu lớn, bạn có thể ước tính tổn thất thông qua diode là:

P = I_{m e a n} V_{D} + I_{R M S}^{2} R_{D}

$P=I_{mean}V_{D} +I_{RMS}^2R_D$

Việc ước tính này có giúp bạn đủ gần hay không hoàn toàn phụ thuộc vào miền của bạn, nhưng tôi đã thành công với việc thu hẹp lựa chọn thành phần của mình trong việc chuyển đổi nguồn cung cấp năng lượng.

— Stephen Collings
nguồn

1

Nó khác với điện trở bình thường R = VI như thế nào?

Nó khác bởi vì nó phụ thuộc vào dòng điện mà chúng ta đang đi qua diode, mang lại các giá trị điện trở rõ ràng khác nhau. Điện trở bình thường R = VI sẽ luôn xuất hiện giống nhau khi bạn đo nó trên điện trở (ngoài các sai lệch nhỏ).

Phương trình giảm điện áp có hoạt động không nếu chúng ta sử dụng điện trở động với dòng điện tức thời (V = Ir)?

Nó, bởi vì 'r' được định nghĩa sao cho nó cho thấy điện trở rõ ràng của diode, liên quan đến dòng điện và điện áp đã cho. Tuy nhiên, đối với hình ảnh thực, nhìn vào đặc tính V / I của một diode sẽ là lựa chọn tốt hơn.

Có mối quan hệ tiêu tán năng lượng, P = I ^ 2 * r giữ trong trường hợp điện trở động? Nếu có, năng lượng có bị tiêu tan dưới dạng nhiệt ngay cả trong trường hợp tiếp giáp np không?

Nó giữ, nhưng khi tôi thay đổi, P cũng sẽ thay đổi nhanh chóng, bởi vì nó theo tỷ lệ bậc hai với r, bao gồm I trong một phương trình đạo hàm.

— James C
nguồn

1

Hãy nghĩ về định luật Ohm: nếu bạn có một mạch gồm hai điện trở nối tiếp (1k và 2k, U = 3V), bạn có thể tìm thấy điện trở tương đương ( ), tính toán dòng điện ( ) và sau đó tìm ra sự sụt giảm điện áp của điện trở ( ; ; ). Đẹp. Các toán học cũng không bị phá vỡ: của là . Không giống như các điện trở có điện trở không đổi, điốt được xác định bởi sự sụt áp không đổi $R_e=R_1+R_2=3k$ $I=\frac{U}{I}=1mA$ $U_d=IR$ $U_1=1*1=1V$ $U_2=1*2=2V$ $R_2$ $I_{R2}=\frac{U-U_1}{R_2}=\frac{3-1}{2k}=1mA$
! (vâng, điện trở cũng có điện dung và độ tự cảm, nhưng trong hầu hết các trường hợp, những điều này không quan trọng, vì vậy hãy coi đó là sự thật). Vì vậy, tất cả những gì bạn cần làm ở đây là thay đổi các biến của mình cho phù hợp: đối với điện trở mà bạn biết điện trở, cho điốt - sụt áp.
Quay lại tiêu tán năng lượng: chỉ hoạt động vì chúng ta có thể thay thế biến đổi, nhưng cuối cùng, công suất tiêu tán được đưa ra bởi . Câu hỏi là tại sao chúng ta sử dụng mẫu đầu tiên cho điện trở truyền thống? Bởi vì chúng tôi biết dòng điện và điện trở quá lười để làm việc sụt áp . Và đối với điốt chúng ta đã biết điều đó. Vì vậy, bạn không thể sử dụng cho điốt vì đây là dạng xuất phát của $P=I^2R$ $P=UI$ $P=I^2R$ $P=UI$ khi . Và nếu bạn thực sự không chắc chắn nếu điốt có thể sản xuất nhiệt chỉ tháo rời bất kỳ ngọn đuốc công suất cao LED - bạn sẽ thấy rằng LED mạnh mẽ vui vẻ ngồi trên đầu trang của tản nhiệt nhôm . Nó ở đó vì một lý do, phải không? $R(U)=const$

P = U I <= works even on Mars

$P=UI \ \ \ \ \ <= \text{works even on Mars}$

— bạn bè
nguồn

1

Ngoài nhận xét của tôi ở trên, hãy để tôi đưa ra một lời giải thích ngắn gọn tại sao có một hành vi phi tuyến tính của diode. Vì vậy, tại thời điểm phân cực của điện áp ứng dụng bị đảo ngược (từ đảo ngược sang chuyển tiếp), điện trở ban đầu trong diode cao do thiếu chất mang trong cấu trúc bán dẫn. Khi dòng điện phía trước tăng lên, số lượng tàu sân bay tăng lên và sức đề kháng giảm xuống. Giá trị điện trở cao này mang lại sự quá mức trong điện áp chuyển tiếp từ đó điện áp ở giá trị trạng thái ổn định và đặc tính đầu gối được thiết lập. Hiện tượng này kéo dài một thời gian và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, đó là lý do tại sao điện trở động của diode được tính trong cả môi trường và nhiệt độ ảo cao. Giá trị điện áp chuyển tiếp này được gọi là Điện áp chuyển tiếp phục hồi điện tử và trong một số điốt có thể cao (30Vor trở lên). Trong kỹ thuật điện, điều chế độ dẫn điện thoáng qua này thường bị bỏ qua và phương trình là tuyến tính (như MOV). Nhưng trong ứng dụng tín hiệu nhỏ, điện dung chuyển tiếp của đường giao nhau cũng như điện dung tương đương điện tích được lưu trữ nên được đưa vào phân tích mô hình.

nhập mô tả hình ảnh ở đây

— Công nghệ GR
nguồn

0

Về câu hỏi cuối cùng:

[...] Là năng lượng tiêu tan dưới dạng nhiệt ngay cả trong trường hợp của np? Tôi nghĩ điều đó là không thể, vì sự tái hợp electron-lỗ là hiện tượng nổi trội ở đây, và tôi không chắc liệu những thứ đó có thể tạo ra nhiệt hay không.

Khi một electron và lỗ trống tái hợp, năng lượng bổ sung được phát ra dưới dạng một photon. Khi một photon va chạm với các hạt vật chất khác, nó gây ra sự chuyển động của hạt tăng lên, từ đó dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ. Vì vậy, có nhiệt liên quan không?

— Rev1.0
nguồn