Diodenspannungsabfall: Was, warum, wie und detaillierte Fakten


In diesem Artikel werden wir den Diodenspannungsabfall besprechen, warum er verursacht wird und wie wir ihn berechnen können. Eine Diode ist ein Halbleiterbauelement, das einen Stromfluss in einer Richtung zulässt und den Stromfluss auf der anderen Seite einschränkt.

Der Diodenspannungsabfall bezieht sich im Wesentlichen auf den Vorwärtsvorspannungsabfall. Es tritt in einer Diode auf, die in einem Stromkreis vorhanden ist, wenn Strom durch sie fließt. Dieser Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung ist das Ergebnis der Wirkung des Verarmungsbereichs, der durch den PN-Übergang unter der Wirkung einer angelegten Spannung gebildet wird.

Was ist der Diodenspannungsabfall?

Der Diodenspannungsabfall ist das Ergebnis des Stromflusses von der Anode zur Kathode. Wenn die Diode in Durchlassrichtung leitet, wird der Potentialabfall darüber als Diodenspannungsabfall oder Durchlassspannungsabfall bezeichnet. 

Idealerweise sollte es keinen Spannungsabfall über der Diode geben, wenn sie Strom führt und arbeitet, um eine DC-Ausgangsspannung zu erzeugen. Im wirklichen Leben tritt aufgrund des Durchlasswiderstands und der Durchbruchspannung ein kleiner Spannungsabfall auf. Bei Silizium beträgt der Diodenspannungsabfall etwa 0.7 Volt. 

Wie viel Spannung fällt an einer Diode ab?

Jede Diode lässt an ihren Anschlüssen eine bestimmte Spannung ab. Ein Diodenspannungsabfall von 0.7 V bedeutet, dass die Spannung durch den Widerstand oder die Last, die in der Schaltung vorhanden ist, (Versorgungsspannung – 0.7) Volt beträgt.

Der Spannungsabfall an verschiedenen Dioden ist unterschiedlich. Typischerweise reicht sie von 0.6 bis 0.7 Volt für eine kleine Siliziumdiode. Bei Schottky-Dioden beträgt der Wert des Spannungsabfalls 0.2 Volt. Bei Leuchtdioden oder LEDs liegt der Spannungsabfall zwischen 1.4 und 4 Volt. Germaniumdioden haben einen Spannungsabfall von 0.25-0.3 Volt.

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Warum hat eine Diode einen Spannungsabfall?

Die Diode wählt in Vorwärtsrichtung einen geeigneten Spannungspegel aus, damit sie die elektronischen Ladungen in Richtung des PN-Übergangs schieben kann. Es kann analog gesagt werden, als würde man jeden Ball vom Boden bis zur Oberseite des Tisches „heben“.

Der Unterschied im Energieniveau, der erforderlich ist, um die elektronischen Ladungen über den PN-Übergang zu bewegen, verursacht die Spannungsabfall. Außerdem gibt es einen gewissen Widerstand in der Diode, der für einen gewissen Spannungsabfall verantwortlich ist. Der Spannungsabfall aufgrund des Widerstands hängt von der zulässigen Stromflussrate am PN-Übergang ab.

Wie berechnet man den Diodenspannungsabfall?

Die Spannungsabfälle verschiedener Dioden sind unterschiedlich. Bei einer Siliziumdiode sind es etwa 0.7 Volt, bei einer Germaniumdiode 0.3 Volt und bei einer Germaniumdiode etwa XNUMX Volt Schottky Diode es liegt bei etwa 0.2 Volt. LEDs haben verschiedene Spannungsabfallwerte. 

Wenn wir nun den Spannungsabfall über einem anderen Element in der Schaltung berechnen möchten, müssen wir den Spannungsabfall der zwischen diesem Element und der Quelle vorhandenen Dioden von der Quellenspannung subtrahieren. Der Spannungsabfall dieses Elements ist also (Quellenspannung - Summe der Diodenspannungsabfälle).

Wie kann man die Spannung mit einer Diode absenken?

Zenerdioden eignen sich gut zum Spannungsabfall. Eine triviale Methode zum Spannungsabfall mit Dioden besteht jedoch darin, mehrere Dioden in Reihe mit der Versorgung zu schalten. Jede Diode verursacht einen Spannungsabfall von knapp 0.7 Volt.

Dioden lassen Strom nur in eine Richtung fließen, aber die Diode leitet Strom nur dann, wenn die Versorgung den Schwellenwert berührt. Die standardmäßige Siliziumdiodenschwelle beträgt 0.6 Volt. … Nachdem jede Diode in Reihe geschaltet wurde, fällt die Spannung um 0.6 Volt ab. Mit dieser Technik können wir die Spannung in einer Schaltung mit Dioden absenken.

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FAQs

Wie reduziere ich die Spannung mit einer Zenerdiode?

Eine Zenerdiode ist ein Sonderfall von Dioden, die es einem Strom ermöglichen, bei einer bestimmten Spannung, die als Zenerspannung bekannt ist, rückwärts zu fließen. Es kann auch die Rückseite reduzieren Spannung und arbeiten als effizienter Spannungsregler.

Um eine Zenerdiode zur Spannungsreduzierung zu verwenden, müssen wir sie parallel zur Last in der Schaltung schalten. Die Versorgungsspannung muss höher als die Zenerspannung sein und die Diode sollte in Sperrrichtung vorgespannt sein. Diese Verbindung hilft, die Sperrspannung auf einen bestimmten Wert zu reduzieren und wirkt als Spannungsregler.

Formel für den Diodenspannungsabfall

Der Einfachheit halber wird der Durchlassspannungsabfall über einer Diode mit 0.7 V angenommen. Befindet sich nun in einem Stromkreis neben einer Last nur eine Diode, beträgt der Spannungsabfall über der Last (Versorgungsspannung – 0.7) Volt. 

Bei mehreren in Reihe geschalteten Dioden in einem Stromkreis beträgt der Spannungsabfall über der Last (Versorgungsspannung – Anzahl der Dioden * 0.7). In Bild 1 ist beispielsweise der Spannungsabfall an der Diode D1 = (5-0.7) = 4.3 V. Der Spannungsabfall an der Diode D2 = (5-2 * 0.7) = 3.6 V. Der Spannungsabfall an der Diode D3 = (5- 3 * 0.7) = 2.9 V. 

Diodenspannungsabfall
Bild 1

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Spannungsabfalldiagramm der Diode

Die folgende Tabelle zeigt die Spannungsabfallgrenzen verschiedener Arten von Dioden.

Art der DiodeSpannungsabfall
Siliziumdiode0.6-0.7 Volt
Germaniumdiode0.25-0.3 Volt
Schottky Diode0.15-0.45 Volt
Rote LED1.7-2.2 Volt
Blaue LED3.5-4 Volt
Gelbe LED2.1-2.3 Volt
Grüne LED2.1-4 Volt
Weiße LED-3.3-4 Volt
Orangefarbene LED2.03-2.20 Volt
Violette LED2.76-4 Volt
LEDs
„LED-Leuchtdioden“ by tudedude wird darunter genehmigt CC BY 2.0

Diodenspannungsabfall gegen Temperatur

Der Diodenspannungsabfall ist die Potentialdifferenz an den Anschlüssen der Betriebsdiode. Der Spannungsabfall hängt vom Temperaturkoeffizienten der Diode und dem Verhalten anderer Elemente in der Schaltung ab.

Der positive oder negative Temperaturkoeffizient erhöht bzw. verringert den Diodenspannungsabfall. Die meisten Siliziumdioden haben einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass der Spannungsabfall mit steigender Temperatur abnimmt. Die Zenerdiode hat einen positiven Temperaturkoeffizienten, der den Spannungsabfall erhöht.

Diodenspannungsabfall gegen Strom

Das Spannungsabfall über einer Diode steigt mit dem Strom auf nichtlineare Weise an. Aber da der differentielle Widerstand geringer ist, ist der Anstieg sehr langsam. Wir können die Eigenschaften der Durchlassspannung gegenüber dem Strom betrachten. 

Aus der IV-Kurve können wir erkennen, dass ein großer Stromanstieg zunächst einen vernachlässigbar kleinen Spannungsanstieg ergibt. Dann steigt die Spannung schneller an und eskaliert schließlich sehr schnell. Die IV-Kurve zeigt ein exponentielles Wachstum der Spannung mit dem Strom. Wenn Vd 0.6/0.7 V überschreitet, bewegt es sich schnell nach oben.

Bei Spannungsabfall an einer Diode mit PN-Übergang?

Wenn Strom durch eine in einem Stromkreis vorhandene Komponente fließt, tritt ein Spannungsabfall auf. Wenn in Vorwärtsrichtung Strom durch die Diode fließt, gibt es in ähnlicher Weise a Spannungsabfall, bekannt als Durchlassspannungsabfall.

Die Diode mit pn-Übergang kann den Strom vom Übergang in Sperrrichtung bei sehr hohem Widerstand nicht senden. Der pn-Übergang wirkt wie ein offener Stromkreis, sodass der Spannungsabfall über dieser idealen pn-Übergangsdiode gleich bleibt. Sie ist gleich der Batteriespannung.

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Kaushikee Banerjee

Ich bin ein Elektronik-Enthusiast und widme mich derzeit dem Bereich Elektronik und Kommunikation. Mein Interesse liegt in der Erforschung der neuesten Technologien. Ich bin ein begeisterter Lerner und bastle an Open-Source-Elektronik herum. LinkedIn-ID – https://www.linkedin.com/in/kaushikee-banerjee-538321175

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