Por que a tensão direta do diodo é constante?

Quando você possui um diodo com uma certa tensão de barreira (por exemplo, 0,7 V para Si) e aplica uma tensão maior que esse potencial de barreira, por que a tensão no diodo permanece em 0,7 V?

Eu entendo que a tensão de saída através do diodo aumentará à medida que uma entrada senoidal for aplicada até atingir a marca 0,7, mas não entendo por que ela permanece constante após esse ponto.

Faz sentido para mim que qualquer potencial maior que esse potencial de barreira permitirá que a corrente passe e, correspondentemente, o potencial através do diodo deve ser a tensão aplicada menos os 0,7 V.

A tensão no diodo não permanece em cerca de 0,7 V. Quando você aumenta a corrente, a tensão direta também aumenta (aqui: 1N400x):

E quando você aumenta a corrente ainda mais, a dissipação de energia se torna muito grande e o diodo acaba se tornando um LED (diodo emissor de luz) e logo depois um SED (diodo emissor de fumaça). Portanto, uma voltagem direta maior não pode acontecer na prática.

Tensão é o que podemos observar e medir, mas o que também está mudando é a resistência.

Um diodo começa como uma grande resistência, à medida que você aplica tensão, essa resistência permanece razoavelmente constante até você se aproximar da tensão de ruptura direta. Nesse ponto, a resistência começa a cair.

Após o joelho, a resistência é muito baixa. Qualquer aumento adicional após o joelho causa pouca alteração na resistência.

Desde que R diminuiu, para manter essa tensão, você precisa aumentar muito a corrente ... O diodo tornou-se um pequeno "interruptor" do resistor e, portanto, pode ser referido como LIGADO.

A relação de corrente de tensão total de um diodo se parece com isso.

A inclinação antes do joelho é a condutância para frente (1 / R), a inclinação após o joelho é a condutância para frente.

A matemática real é obviamente muito mais complicada do que isso, mas acho que essa descrição ajuda as pessoas a entender.

por que a tensão no diodo permanece em 0,7V?

Não faz. Na maioria das vezes, uma constante de 0,7 V é boa o suficiente, assim como a terra plana é boa o suficiente para dirigir pela cidade.

Os diodos têm uma relação logarítmica entre a corrente através do diodo e a tensão através do diodo. Um aumento de dez: 1 na corrente causa um aumento de 0,058 volts no diodo. (o 0,058 V depende de vários parâmetros, mas você pode ver esse número em muitas referências de voltagem de banda de silício no chip).

E se a corrente mudar 1.000: 1, aumentando ou diminuindo? Deverá esperar para ver (pelo menos) 3 * 0,058 volts mudar em V _diodo .

E se a corrente mudar 10.000: 1? Espere pelo menos 4 * 0,058 volts.

Em correntes elevadas (1 mA ou mais), a resistência à maior parte do silício começa a afectar o comportamento logarítmica, e a obter mais de uma relação linear entre I _diodo e V _diodo .

A equação padrão para esse comportamento envolve "e", 2,718, portanto

A propósito, esse mesmo comportamento existe para diodos de base de emissor de transistor bipolar. Assumindo 0,60000000 volts a 1 mA, a 1 µA, espere 3 * 0,058 V = 0,174 V a menos. Em 1 nanoampere, espere 6 * 0,058 V = 0,348 V a menos. Em 1 picoampere, espere 9 * 0,058 volts = 0,522 volts a menos (terminando com apenas 78 milivolts no diodo); talvez esse comportamento de log puro deixe de ser uma ferramenta precisa, perto do _diodo V de zero volts .

Aqui está o enredo Vbe ao longo de 3 décadas de Ic; esperamos pelo menos 3 * 0,058 volts ou 0,174 volts; A realidade para esse transistor bipolar é de 0,23 volts.

Como as outras respostas explicaram, a tensão não é constante em 0,7V, mas com base na referência ao potencial de barreira em sua pergunta, suponho que você perceba isso e esteja perguntando mais sobre a física dos semicondutores por que isso acontece.

O motivo é que a região de depleção de um diodo (com tensão zero se aplica) cria o potencial de barreira, como você já observou, de cerca de 0,7V (assumindo um diodo de silício típico). À medida que você aplica voltagem direta, a região de esgotamento fica menor. Com baixa voltagem, a região de exaustão maior restringe a maior parte da corrente e, à medida que a voltagem aumenta, a região de exaustão reduzida resulta em uma redução na resistência (e, portanto, no aumento da corrente). Isso continua até se aproximar de ~ 0,7V, onde a região de depleção é muito pequena e também a resistência. Isso causa o relacionamento VI exponencial.

Este artigo tem alguns bons diagramas e explicações, assim como a página Wiki .

O ponto é que você não pode "aplicar uma tensão maior que esse potencial de barreira", o diodo não permite.

Ou seja, a impedância marginal do diodo no modo de condução é menor que a impedância da fonte de sua tensão: sua fonte de tensão não pode acionar mais de "0,7V" em um diodo de 0,7V, portanto "a tensão no diodo permanece [s] a 0,7V ".

Obviamente, a impedância marginal de um diodo no modo de condução não é exatamente zero, portanto haverá um aumento na tensão se a sua fonte de alimentação tentar fornecer mais do que zero corrente. E a impedância marginal da sua fonte de tensão pode ser muito baixa, comparável a um diodo; portanto, pode aumentar a tensão do diodo bastante antes que o diodo falhe. Esses são os efeitos de segunda ordem. O modelo simples de um diodo, conduzindo acima de 0,7V, é um dispositivo que limita a tensão ao aceitar corrente infinita.

Quando o diodo é ligado com polarização suficiente, ele atua como uma fonte de tensão de 0,7 ou 0,6 (depende do material) com um resistor de série pequena.

Portanto, se aumentarmos a tensão de entrada, a corrente no pequeno resistor também aumentará. Assim, à medida que a tensão de entrada aumenta, há variação na saída obtida no diodo.

Normalmente, o diodo é considerado ideal, portanto, não há resistor em série. Portanto, a tensão o / p através do diodo permanece constante.