Сопротивление диода: статическое, динамическое и обратное — подробный анализ

Что такое сопротивление диода. Как рассчитать статическое и динамическое сопротивление диода. Чем отличается обратное сопротивление диода. Какие факторы влияют на сопротивление полупроводникового диода.

Что такое сопротивление диода и от чего оно зависит

Сопротивление диода — это способность полупроводникового p-n перехода препятствовать прохождению электрического тока. Оно не является постоянной величиной и зависит от нескольких факторов:

• Направления протекания тока (прямое или обратное)
• Величины приложенного напряжения
• Температуры диода
• Материала полупроводника
• Конструкции диода

В отличие от обычных резисторов, сопротивление диода нелинейно и может изменяться в широких пределах — от долей Ома до сотен МОм. Это связано с особенностями работы p-n перехода в разных режимах.

Статическое сопротивление диода

Статическое или постоянное сопротивление диода — это отношение постоянного напряжения на диоде к постоянному току через него в заданной рабочей точке.

Как рассчитать статическое сопротивление диода? Формула выглядит следующим образом:

R = U / I

где R — статическое сопротивление, U — напряжение на диоде, I — ток через диод.

Статическое сопротивление не является постоянной величиной и зависит от рабочей точки на вольт-амперной характеристике диода. Оно уменьшается с ростом прямого тока.

Динамическое сопротивление диода

Динамическое или дифференциальное сопротивление диода характеризует его поведение при малых изменениях напряжения и тока относительно рабочей точки.

Как определить динамическое сопротивление диода? Оно равно отношению приращения напряжения к приращению тока:

r = ΔU / ΔI

где r — динамическое сопротивление, ΔU — малое изменение напряжения, ΔI — соответствующее изменение тока.

Динамическое сопротивление можно также найти как тангенс угла наклона касательной к вольт-амперной характеристике в рабочей точке.

Обратное сопротивление диода

Обратное сопротивление диода — это сопротивление, которое диод оказывает протеканию тока при обратном смещении p-n перехода. Оно значительно выше прямого сопротивления.

Для идеального диода обратное сопротивление стремится к бесконечности. Однако реальные диоды имеют конечное обратное сопротивление из-за наличия небольшого обратного тока.

Обратное сопротивление кремниевых диодов может достигать сотен МОм, для германиевых диодов оно обычно ниже.

Факторы, влияющие на сопротивление диода

На сопротивление полупроводникового диода оказывают влияние следующие основные факторы:

• Материал полупроводника (кремний, германий и др.)
• Температура p-n перехода
• Площадь p-n перехода
• Концентрация примесей
• Наличие объемного сопротивления полупроводника
• Режим работы (прямое или обратное смещение)

Учет этих факторов позволяет более точно моделировать поведение диодов в электронных схемах.

Методы измерения сопротивления диода

Для измерения сопротивления диода применяют несколько методов:

1. Измерение статического сопротивления омметром или мультиметром в режиме прозвонки диодов
2. Определение динамического сопротивления по вольт-амперной характеристике
3. Измерение сопротивления переменному току мостовым методом
4. Импульсные методы измерения для мощных диодов

Выбор метода зависит от типа диода и требуемой точности измерений. Для большинства практических целей достаточно измерения омметром.

Применение знаний о сопротивлении диода

Понимание особенностей сопротивления диода важно при разработке и анализе электронных схем. Это позволяет:

• Правильно выбирать рабочую точку диода
• Рассчитывать цепи смещения
• Оценивать влияние диода на параметры схемы
• Проектировать выпрямители, ограничители, детекторы
• Анализировать нелинейные искажения в диодных цепях

Знание характера изменения сопротивления диода помогает грамотно использовать его нелинейные свойства в различных применениях.

Особенности сопротивления различных типов диодов

Разные типы диодов имеют свои особенности сопротивления:

• Выпрямительные диоды — низкое прямое и высокое обратное сопротивление
• Стабилитроны — резкое уменьшение обратного сопротивления при достижении напряжения пробоя
• Варикапы — зависимость емкости и сопротивления от обратного напряжения
• Туннельные диоды — участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением
• Диоды Шоттки — очень низкое прямое сопротивление

Учет этих особенностей необходим при проектировании схем с использованием специальных типов диодов.

Сопротивление диода : Физика

alexey007	Сопротивление диода 03.11.2012, 16:41
29/12/09 352	Интересует, такой вопрос. Известно, что у диода нелинейная зависимость между силой тока и сопротивлением. Следовательно, диод не имеет постоянного сопротивления при различном напряжении. Допустим, если теперь взять диодную лампочку, например мощностью P=1.5Ват и напряжением 12вольт и проверить ее сопротивление мултиметром (тестером), то какое сопротивление должен показать мультиметр?

profrotter	Re: Сопротивление диода 03.11.2012, 16:52
Модератор 16/02/11 3788 Бурашево	Тут надо знать какой омметр, какое у него напряжение при измерениях и какое внутреннее сопротивление. Если внутреннее сопротивление омметра пренебрежимо, то его показания будут давать статическое сопротивление диода, соответствующее номинальному напряжению источника питания омметра.

BISHA	Re: Сопротивление диода 03.11.2012, 21:00
Заблокирован 08/01/09 ∞ 1098 Санкт — Петербург	alexey007 в сообщении #639628 писал(а): Интересует, такой вопрос. Диод и диодная лампочка не одно и тоже.

alexey007	Re: Сопротивление диода 03.11.2012, 21:06
29/12/09 352	BISHA в сообщении #639724 писал(а): alexey007 в сообщении #639628 писал(а): Интересует, такой вопрос. Диод и диодная лампочка не одно и тоже. Т.е. вольт-амперная характеристика у диодной лампочки не является нелинейной функцией, как у диода?

BISHA	Re: Сопротивление диода 03.11.2012, 22:49
Заблокирован 08/01/09 ∞ 1098 Санкт — Петербург	alexey007 в сообщении #639730 писал(а): Т. е. вольт-амперная характеристика у диодной лампочки не является нелинейной функцией, как у диода? Назначение другое, а нелинейность должна присутствовать. А для работы напряжение специально подбирается. В диоде внешнее электрическое поле изменяет запирающее поле перехода и его сопротивление. Снимайте вольт-амперную характеристику и в любой точке ищите сопротивление, как Вас учили. http://cxem.net/beginner/beginner54.php и т.д.

profrotter	Re: Сопротивление диода 04.11.2012, 12:32
Модератор 16/02/11 3788 Бурашево	В простейшем случае омметр представляет собой последовательное соединение источника питания , амперметра, внутреннего сопротивления (отражает внутренее сопротивление источника питания и внутренее сопротивление амперметра, сопротивление «установки нуля») и двухполюсника, сопротивление которого измеряется. В случае диода этот двухполюсник характеризуется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) . Потребуется также обратная функция . Первым делом находим ВАХ последовательного соединения диода и внутреннего сопротивления, исходя из условия протекания через них одинакового тока и сложения напряжений: . Когда ВАХ диода задана графически, результирующую ВАХ также находят графически, сложением графиков и . После сложения находим обратную функцию . Теперь, поскольку всё напряжение источника питания приложено к рассмотренному только что двухполюснику, ток через него: . Показания прибора будут соответствовать тому случаю, когда в цепь включено сопротивление и протекает такой же ток, как мы только что получили: В частном случае, когда , показания дают статическое сопротивление диода: .

ivanhabalin	Re: Сопротивление диода 04. 11.2012, 12:49
12/11/11 2353	alexey007 в сообщении #639628 писал(а): Интересует, такой вопрос. Мне кажется, Вам можно посмотреть по этой ссылке — http://www.kit-e.ru/articles/led/2005_5_48.php . Это про источники света.

ewert	Re: Сопротивление диода 04. 11.2012, 14:43
Заслуженный участник 11/05/08 32139	alexey007 в сообщении #639628 писал(а): если теперь взять диодную лампочку, например мощностью P=1.5Ват и напряжением 12вольт Если напряжение 12 вольт, то это светодиод с последовательно включённым резистором. У собственно светодиода (вообще у диода) вольтамперная характеристика примерно экспоненциальна, причём типичному рабочему току 10-20 миллиампер соответствует напряжение 1-2 вольт (по памяти) и, следовательно, рассеиваемая мощность порядка нескольких десятков милливатт. Поэтому обратная характеристика (зависимость напряжения от тока) складывается из логарифмической характеристики диода плюс линейной характеристики резистора. Практически это означает, что, начиная вольт где-то с трёх, суммарная характеристика почти линейна, но выходит не из нуля, а из напряжения, чуть меньше рабочего для диода. Т.е. в этом диапазоне диод фактически играет роль стабилизатора напряжения (в роли которого зачастую и используется).

Simonov	Re: Сопротивление диода 06.11.2012, 19:08
20/01/10 38 Челябинск	ewert в сообщении #639933 писал(а): Если напряжение 12 вольт, то это светодиод с последовательно включённым резистором. Скорее это несколько последовательно включенных светодиодов, либо светодиод с электронным регулятором (при применении резистора в качестве балласта в светильнике о приемлемом КПД можно забыть). alexey007 в сообщении #639628 писал(а): Допустим, если теперь взять диодную лампочку, например мощностью P=1.5Ват и напряжением 12вольт и проверить ее сопротивление мултиметром (тестером), то какое сопротивление должен показать мультиметр? Если измерять омметром, то скорее всего, Вы получите сопротивление в несколько МОм или больше. В случае использования режима «прозвонки/проверки pn-переходов» мультиметр зафиксирует обрыв цепи. В случае если целью Ваших действий является проверка исправности лампы необходимо контролировать ток через проверяемый прибор (светодиод) при подключении питания с номинальным напряжением. Ток в этом случае должен также соответствовать номинальному (ну и лампа естественно тоже должна светиться), если это не так то лампа не исправна.

Показать сообщения за: Все сообщения1 день7 дней2 недели1 месяц3 месяца6 месяцев1 год Поле сортировки АвторВремя размещенияЗаголовокпо возрастаниюпо убыванию

Страница 1 из 1

[ Сообщений: 9 ]

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы

4. Полупроводниковый диод. Дифференциальное сопротивление в прямом включении

  Для начала стоит разобраться с понятием «дифференциальное сопротивление». Я думаю, многие знают, что из себя представляет обычное «омическое» сопротивление и легко могут его найти, зная закон Ома:

 I=U⁄R,                                                                                               (1)

где I ─ ток, протекающий в цепи, U ─ Напряжение на участке цепи, R ─ сопротивление участка цепи.
Благодаря этой формуле, мы легко вычисляем сопротивление и не паримся. Это справедливо к обычному резистору, сопротивление которого не меняется от приложенного тока и напряжения ( пока он не начнет гореть от перегрузки, но это уже другая история :)). 

  Если мы возьмем диод, приоткроем его определенным напряжением и начнем расчитывать его сопротивление по обычной формуле, исходя из полученных токов и напряжений, ничего путного из этого не получится, поскольку данная формула применима к линейным элементам (коим и является обычный резистор). Расчеты окажутся некорректными, поскольку диод имеет НЕЛИНЕЙНУЮ (экспоненциальную) вольт-амперную характеристику, график которой был приведен в этой статье, из которого видно, что при изменении протекающего тока, напряжение изменяется непропорционально.

 Тут как раз на помощь приходит дифференциальное сопротивление, которое показывает, насколько изменяется это самое сопротивление при изменении тока или напряжения в нашем элементе. Оно имеет вид:

   d(R)=|U2-U1|/|I2-I1|,                                                                                  (2)

где d(R) ─ дифференциальное сопротивление, U2-U1 ─ дифференциальное (разностное) напряжение на участке цепи, I2-I1 ─ дифференциальный (разностный) ток, протекающий в цепи.

  Допустим, захотелось нам вычислить сопротивление диода. И тут есть,по крайней мере, два пути. Первый путь достаточно прост. Умные дяденьки, исходя из формулы вольт-амперной характеристики диода, вывели формулу, с помощью которой можно вычислить дифференциальное сопротивление диода, исходя из протекающего тока. Выглядит она таким образом:

d(R)=(k*T/e)/I,                                                                                        (3)

где k ─ постоянная Больцмана, T ─ абсолютная температура в Кельвинах, e ─ заряд электрона.

  Далее, дяденьки пошли дальше и ввели величину теплового потенциала (ϕT), она равна:

ϕT=k*T/e                                                                                            (4)

При комнатной температуре (20…25°С), величина ϕT≈25 (мВ), а при другой температуре расчитать несложно, поскольку k и e ─ всем известные константы, а T ─ это собственно температура :).

Исходя из вышеописанного, формула 3 три приобретает вид:

 d(R)=ϕT/I,                                                                                           (5)

Допустим, мы при комнатной температуре провели через диод ток величиной 1 милиампер. Расчитаем дифференциальное сопротивление диода по формуле 5:

d(R)=25/1=25 Ом                                                                                         

Собственно говоря, на этом весь расчет и окончился :). Полученные результаты на 100% верны, если вольт-амперная характеристика нашего диода идеально экспоненциальная. Естественно, идеального ничего не бывает, поскольку на практике характеристика диода немного отличается от экспоненциальной, поэтому погрешность, конечно, есть. Это был первый путь.

  Второй путь ─ сугубо практический. Берем диод, пропускаем через него ток ,смотрим падение напряжения, записываем результаты. Далее, повышаем ток, смотрим падение напряжения, записываем результаты, после чего, расчитываем сопротивление с помощью формулы 2. Такой подход актуален, когда нужно прям очень точно  расчитать сопротивление (мое мнение ─ на практике такая точность нахрен никому не нужна :)). Этим мы и займемся. В симуляторе выбираем диод, пропускаем через него ток 1 миллиампер смотрим падение напряжения при этом:

Напряжение составило 611,5 мВ. Повысим мы, допустим, ток в 3 раза (мне так захотелось). Что при этом получилось:

Падение напряжения составило 671,9 мВ. Ну что же, данные есть, осталось только подставить в формулу 2:

d(R)=(671,9-611,5)/(3-1)=30,2 Ом                                                                             

Наше дифференциальное сопротивление составило 30,2 Ом. Вспомним, что с помощью первого метода расчета, оно составило 25 Ом. Какой расчет выбирать? Дело уже Ваше. Как правило, на практике, первого метода вполне достаточно.

  

Сопротивление диода — Статическое, динамическое и обратное сопротивление

А р-н переходной диод пропускает электрический ток через один направлении и блокирует электрический ток в другом направлении. Он пропускает электрический ток, когда он смещен в прямом направлении и блокирует электрический ток при обратном смещении. Однако, ни один диод полностью не пропускает электрический ток даже в прямом направлении предвзятое состояние.

истощение область, присутствующая в диоде, действует как барьер для электрический ток. Следовательно, он оказывает сопротивление электрический ток. Кроме того, атомы, присутствующие в диоде оказывать некоторое сопротивление электрическому току.

Когда носители заряда (свободные электроны и дырки) протекая через диод сталкивается с атомами, они теряют энергию в виде тепла. Таким образом, обедненная область и атомы оказывать сопротивление электрическому току.

Когда напряжение прямого смещения подается на p-n переход диода, ширина обеднения область уменьшается. Однако область истощения не может полностью исчезнуть. Существует тонкая область истощения или слой истощения в переднем смещенный диод. Поэтому тонкая область обеднения и атомы в диоде обладают некоторым сопротивлением электрическому ток. Это сопротивление называется прямым сопротивлением.

Когда диод смещен в обратном направлении, ширина области обеднения увеличивается. В результате большое количество носителей заряда (свободные электроны и дырки), протекающие через диод, будут блокируется областью истощения.

В реверс смещенный диод, только небольшое количество электрического тока течет. Неосновные носители, присутствующие в диоде, несут эту электрический ток. Таким образом, диод с обратным смещением обеспечивает большую сопротивление электрическому току. Это сопротивление называется обратным сопротивлением.

два типа сопротивления имеют место в p-n переходе диод:

• Вперед сопротивление
• Реверс сопротивление

Вперед сопротивление представляет собой сопротивление диода с p-n переходом, когда он смещен в прямом направлении.

В диод с прямым смещением p-n перехода, два типа сопротивления происходит в зависимости от приложенного напряжения.

два типа сопротивления имеют место в прямом смещении диода

• Статические сопротивление или сопротивление постоянному току
• Динамический сопротивление или сопротивление переменному току

Статический сопротивление или сопротивление постоянному току

Когда прямо смещенное напряжение подается на диод, подключен к цепи постоянного тока, постоянный или постоянный ток течет через диод. Постоянный ток или электрический ток ничего, кроме потока носителей заряда (свободных электронов или отверстия) через проводник. В цепи постоянного тока носители заряда текут равномерно по одному направлении или прямом направлении.

сопротивление, обеспечиваемое диодом с p-n переходом, когда он подключенное к цепи постоянного тока, называется статическим сопротивлением.

Статическая сопротивление также определяется как отношение напряжения постоянного тока, приложенного к диод к постоянному току или постоянному току, протекающему через диод.

сопротивление обеспечиваемый диодом с p-n переходом при прямом смещении состояние обозначается как R _ф .

Динамический сопротивление или сопротивление переменному току

динамическое сопротивление — это сопротивление, предлагаемое p-n переходной диод при подаче переменного напряжения.

Когда прямо смещенное напряжение подается на диод, подключен к цепи переменного тока, протекает переменный или переменный ток хоть диод.

В Цепь переменного тока, носители заряда или электрический ток не поток в одном направлении. Он течет как вперед, так и обратное направление.

Динамический сопротивление также определяется как отношение изменения напряжения к изменение тока. Обозначается как r _f .

Реверс сопротивление

Реверс сопротивление это сопротивление диода с p-n переходом, когда он имеет обратное смещение.

Когда на диод с p-n переходом подается обратно смещенное напряжение, ширина обедненной области увеличивается. Это истощение область действует как барьер для электрического тока. Следовательно, большое количество электрического тока блокируется истощением область, край. Таким образом, диод с обратным смещением обладает большим сопротивлением электрический ток.

сопротивление предлагаемый диодом с обратным смещением p-n перехода очень больше по сравнению с диодом, смещенным в прямом направлении. Обратное сопротивление находится в диапазоне мегаом (МОм).

 

Что такое сопротивление диода? — EEEGUIDE.COM

Что такое сопротивление диода? – Как уже обсуждалось, диод с прямым смещением легко проводит ток, тогда как диод с обратным смещением сдерживает протекание тока, поэтому диод имеет низкое прямое сопротивление по сравнению с высоким запирающим или обратным сопротивлением.

Прямое сопротивление. Сопротивление, создаваемое диодом в цепи при прямом смещении, известно как прямое сопротивление. Это сопротивление не одинаково для постоянного и изменяющегося тока. Таким образом, прямое сопротивление бывает двух типов, а именно. постоянному или статическому сопротивлению и переменному току или динамическому сопротивлению

Постоянному или статическому сопротивлению , R — сопротивление диода постоянному току. Это просто отношение постоянного напряжения на диоде к постоянному току, протекающему через него. Его можно определить, определив отношение падения напряжения на диоде к току, протекающему через него. В любой точке Р на ВАХ диода (рис. 7.19), напряжение на диоде OA и соответствующий ток OB.

So Постоянное или статическое сопротивление,

Таким образом, в любой точке ВАХ диода постоянное или статическое сопротивление R равно обратной величине наклона линии, соединяющей рабочую точку с началом координат .

Постоянное или статическое сопротивление не является постоянным, а зависит от рабочей точки ВАХ диода. В разных точках она разная, как показано на рис. 7.19.. Из рис. 7.19 видно, что сопротивление диода постоянному току в области прямого смещения уменьшается по мере приближения к области более высоких напряжений и токов.

В области обратного смещения постоянный по величине ток I = I ₀ , сопротивление идеального диода практически бесконечно (эквивалент холостого хода).

В любом случае постоянное или статическое сопротивление не является полезным параметром диода.

Сопротивление переменному току или динамическое сопротивление r — это сопротивление, обеспечиваемое диодом изменяющемуся прямому току. Его также можно определить как обратную величину наклона прямой характеристики диода. Он является важным параметром устройства для работы со слабыми сигналами. Однако оно зависит от рабочего напряжения.

Из уравнения (7.20)

Для прямого смещения, превышающего несколько десятых долей вольта,

и согласно уравнению. (7.20) I ≫ I ₀ , а динамическое сопротивление r приблизительно равно

Из приведенного выше уравнения видно, что при прямом смещении r изменяется обратно пропорционально току I. При комнатной температуре (27°C или 300 K ) V _T = 0,026 В или 26 мВ.

Подставив η = 1 и V _T = 26 мВ в приведенном выше уравнении. (7.32а), имеем

Из приведенного выше уравнения следует, что динамическое сопротивление диода можно определить, просто подставив в уравнение значение тока диода в состоянии покоя. Нет необходимости иметь доступную характеристику или беспокоиться о построении касательных линий, как определено уравнением. (7.32c), приведенный ниже.

Сопротивление переменному току или динамическое сопротивление можно определить по прямой характеристике, как показано на рис. 7.19.

Переменное или динамическое сопротивление,

Уравнение (7.32b) показывает, что добавочное прямое сопротивление диода P-N перехода довольно низкое. Например, при токе диода 26 мА сопротивление диода равно 1 Ом.

Фактические переменное или динамическое сопротивление диода для прямого смещения немного отличается от полученного из приведенного выше уравнения. Это связано с объемным и контактным сопротивлением полупроводникового устройства. Этот дополнительный уровень сопротивления может быть включен в уравнение. (7.32b), добавляя множитель, обозначенный как r _B , как показано в уравнении. (7.32d)

Для больших значений прямого тока первый член 26 мВ/I(мА), дающий кажущееся прямое сопротивление или сопротивление перехода r, пренебрежимо мал, поэтому
r’ = r _B . Для малых значений прямого тока r _B пренебрежимо мал, поэтому r’ = 26 мВ/л (мА).

Инкрементальное обратное сопротивление (т. е. сопротивление с обратным смещением) в идеале бесконечно из-за нулевого наклона ВАХ в этой области.

Этот вывод также следует из уравнения. (7.31), после подстановки I = -I ₀ для отрицательных значений напряжения смещения. Сопротивление этого диода для обратного смещения

Однако кажущееся обратное сопротивление не бесконечно, поскольку при любом значении обратного смещения существует малый ток I ₀ . Для германиевых и кремниевых переходных диодов это сопротивление довольно велико по сравнению с кажущимся прямым сопротивлением.