In dit artikel bespreken we de diodespanningsval, waarom deze wordt veroorzaakt en hoe we deze kunnen berekenen. Een diode is een halfgeleiderapparaat dat de ene gerichte stroom doorlaat en de stroom aan de andere kant beperkt.
Diodespanningsval verwijst in feite naar de voorwaartse voorspanningsval. Het komt voor in een diode die aanwezig is in een elektrisch circuit wanneer er stroom doorheen gaat. Deze spanningsval in voorwaartse richting is het resultaat van de werking van het uitputtingsgebied gevormd door de PN-overgang onder invloed van een aangelegde spanning.
Wat is een diodespanningsval?
Diodespanningsval is het resultaat van de stroom van anode naar kathode. Wanneer de diode in voorwaartse voorspanning geleidt, staat de potentiaalval erover bekend als de diodespanningsval of voorwaartse spanningsval.
Idealiter zou er geen spanningsval over de diode moeten zijn wanneer deze stroom voert en werkt om DC-uitgangsspanning te genereren. In het echte leven treedt een kleine spanningsval op als gevolg van de voorwaartse weerstand en doorslagspanning. Voor silicium is de diodespanningsval ongeveer 0.7 Volt.
Hoeveel spanning valt er op een diode?
Elke diode laat een bepaalde hoeveelheid spanning over zijn klemmen vallen. Een diodespanningsval van 0.7 V betekent dat de spanning door de weerstand of belasting in het circuit (voedingsspanning - 0.7) volt is.
De spanningsval over verschillende diodes is verschillend. Typisch varieert het van 0.6 tot 0.7 volt voor een kleine siliciumdiode. Voor schottky-diodes is de waarde van de spanningsval 0.2 volt. Voor lichtemitterende diodes of LED's varieert de spanningsval van 1.4-4 Volt. Germaniumdiodes hebben een spanningsval van 0.25-0.3 volt.
Lees meer over….Spanningsval voor kabel: berekenen en gedetailleerde feiten
Waarom heeft een diode een spanningsval?
De diode, in voorwaartse voorspanning, selecteert een geschikt spanningsniveau zodat deze de elektronische ladingen naar de PN-overgang kan duwen. Het kan analoog worden gezegd aan het "optillen" van elke bal vanaf de vloer naar de bovenkant van de tafel.
Het verschil in energieniveau dat nodig is om de elektronische ladingen over de PN-junctie te verplaatsen, veroorzaakt de spanningsdaling. Ook is er enige weerstand in de diode die verantwoordelijk is voor een bepaalde hoeveelheid spanningsval. De spanningsval als gevolg van weerstand hangt af van de toegestane stroomsnelheid op de PN-overgang.
Hoe de diodespanningsval te berekenen?
De spanningsdalingen van verschillende diodes zijn verschillend. Voor een siliciumdiode is dit ongeveer 0.7 Volt, voor een germaniumdiode is dit 0.3 volt en voor schottky-diode het is ongeveer 0.2 Volt. LED's hebben verschillende spanningsvalwaarden.
Als we nu de spanningsval over een ander element in het circuit willen berekenen, moeten we de spanningsval van de aanwezige diodes tussen dat element en de bron aftrekken van de bronspanning. Dus de spanningsval van dat element is (bronspanning - som van diodespanningsdalingen).
Hoe de spanning te laten vallen met een diode?
Zenerdiodes zijn goed voor het laten vallen van spanning. Een triviale methode om de spanning te verlagen met behulp van diodes is echter om meerdere diodes in serie te schakelen met de voeding. Elke diode veroorzaakt een spanningsval van bijna 0.7 Volt.
Diodes laten slechts één gerichte stroom van elektriciteit toe, maar de diode zal alleen elektriciteit geleiden, wanneer de voeding de drempel raakt. De standaard siliciumdiodedrempel is 0.6 volt. … Nadat elke diode in serie is geschakeld, daalt de spanning met 0.6 volt. Met behulp van deze techniek kunnen we de spanning in een circuit laten vallen met behulp van diodes.
Lees ook verder…Hoe spanningsval in een serieschakeling te berekenen: gedetailleerde feiten
Schottky-diode spanningsval
Schottky-diodes, met een metaal-halfgeleiderovergang, hebben doorgaans een V_f tussen 0.15V en 0.45V. Dit bereik is te wijten aan variaties in het gebruikte metaal (bijvoorbeeld platina, chroom) en het halfgeleidertype (bijvoorbeeld n-type silicium). De lagere V_f is het gevolg van de afwezigheid van injectie van minderheidsdragers, wat veel voorkomt bij PN-junctiediodes.
Toepassingen: Hun lage V_f maakt ze ideaal voor hoogfrequente toepassingen en stroomrectificatie, waarbij energie-efficiëntie van cruciaal belang is.
Spanningsval bij zenerdiode
Zenerdiodes zijn ontworpen om in tegengestelde richting te werken, met een stabiele spanningsval (V_z) die kan variëren van 2V tot meer dan 200V. De V_z is afhankelijk van het dopingniveau; zwaar gedoteerde diodes hebben een lagere V_z. Zenerdiodes volgen het Zener-doorslagmechanisme tot ongeveer 5.6 V, en daarbuiten domineert lawine-doorslag.
Toepassingen: Ze worden veelvuldig gebruikt in spanningsregeling- en referentietoepassingen vanwege hun vermogen om een constante spanning over een breed stroombereik te handhaven.
Spanningsval bij germaniumdiode
Germaniumdiodes, met een bandgap-energie van ongeveer 0.66 eV, vertonen een V_f van ongeveer 0.3V. Hun prestaties worden beïnvloed bij hogere temperaturen als gevolg van de verhoogde intrinsieke dragerconcentratie, wat leidt tot hogere lekstromen in vergelijking met siliciumdiodes.
Toepassingen: Hoewel ze minder gebruikelijk zijn, worden germaniumdiodes gebruikt in laagspanningstoepassingen en bij de restauratie van vintage elektronische apparatuur.
Siliciumdiode spanningsval
Siliciumdiodes, met een bandgap-energie van ongeveer 1.1 eV, hebben een V_f van ongeveer 0.7V. Deze waarde kan enigszins variëren afhankelijk van de doteringsconcentratie en de diodeconstructie. Siliciumdiodes behouden hun eigenschappen over een groter temperatuurbereik in vergelijking met germaniumdiodes.
Toepassingen: Hun betrouwbaarheid en stabiliteit maken ze geschikt voor een breed scala aan toepassingen, van stroomrectificatie tot signaalverwerking.
Diodes in serie Spanningsval
In een serieconfiguratie is de totale voorwaartse spanningsval de cumulatieve som van individuele diodevallen. Drie siliciumdiodes in serie met identieke stroomniveaus zullen bijvoorbeeld een totale V_f van ongeveer 2.1 V hebben. De stroom die door elke diode gaat, moet identiek zijn, omdat verschillende stromen kunnen leiden tot ongelijkmatige spanningsdalingen en mogelijke diodestoringen.
Toepassingen: Seriediodeconfiguraties worden gebruikt in toepassingen die hogere spanningsvallen vereisen dan een enkele diode kan bieden.
Diodes in parallelle spanningsval
Bij parallelle verbindingen is de spanningsval over elke diode dezelfde als die van een enkele diode. Het matchen van diodes is echter van cruciaal belang, omdat verschillen in V_f- en I/V-karakteristieken kunnen leiden tot een ongelijke stroomverdeling, waardoor mogelijk één diode wordt overbelast terwijl andere te weinig worden gebruikt.
toepassingen: Parallelle diodeconfiguraties worden gebruikt om de stroomverwerkingscapaciteit te vergroten terwijl een specifieke spanningsval behouden blijft.
Veelgestelde vragen
Hoe de spanning te verminderen met zenerdiode?
Zenerdiode is een speciaal geval van diodes waardoor stroom achteruit kan stromen in een bepaalde spanning, bekend als zenerspanning. Het kan ook het omgekeerde verminderen spanning en werken als een efficiënte spanningsregelaar.
Om een zenerdiode te gebruiken om de spanning te verlagen, moeten we deze parallel aansluiten met de belasting in het circuit. De voedingsspanning moet hoger zijn dan de zenerspanning en de diode moet in sperrichting staan. Deze verbinding helpt om de sperspanning tot een bepaalde waarde te verlagen en werkt als een spanningsregelaar.
Diode spanningsval formule:
Eenvoudigheidshalve wordt aangenomen dat de voorwaartse spanningsval over een diode 0.7 V is. Als er nu slechts één diode in een circuit is samen met een belasting, is de spanningsval over de belasting (voedingsspanning - 0.7) Volt.
In het geval van meerdere diodes in serie in een circuit, is de spanningsval over de belasting (voedingsspanning - het aantal diodes * 0.7). In afbeelding 1 bijvoorbeeld is de spanningsval over de diode D1= (5-0.7) = 4.3 V. De spanningsval over de diode D2= (5-2 * 0.7) = 3.6 V. De spanningsval over de diode D3 = (5- 3 * 0.7) = 2.9 V.
Lees meer over….Spanningsval voor eenfase: hoe te berekenen en gedetailleerde feiten
Diode spanningsdaling grafiek:
Onderstaande tabel toont de spanningsvallimieten van verschillende soorten diodes.
| Type van de diode | Spanningsval |
| Siliciumdiode | 0.6-0.7 Volt |
| Germaniumdiode | 0.25-0.3 Volt |
| Schottky-diode | 0.15-0.45 Volt |
| Rode LED | 1.7-2.2 Volt |
| blauwe LED | 3.5-4 Volt |
| Gele LED | 2.1-2.3 Volt |
| Groene LED | 2.1-4 Volt |
| White LED | 3.3-4 Volt |
| Oranje LED | 2.03-2.20 Volt |
| Violette LED | 2.76-4 Volt |
Diode spanningsval versus temperatuur
Siliciumdiodes hebben een negatieve temperatuurcoëfficiënt van ongeveer -2 mV/°C. Deze afname van de spanningsval bij temperatuurstijging is te wijten aan de verbeterde mobiliteit van de drager. Schottky-diodes, met een lagere barrièrehoogte, vertonen een kleinere temperatuurcoëfficiënt, doorgaans rond de -1 mV/°C.
Toepassingsinzicht: Deze eigenschap is van belang bij temperatuurgevoelige toepassingen, waarbij diodes kunnen fungeren als temperatuursensoren of compensatoren in circuits.
Diode spanningsval versus stroom
De spanningsval over een diode neemt op een niet-lineaire manier toe met de stroom. Maar omdat de differentiële weerstand kleiner is, is de toename erg traag. We kunnen de voorwaartse spanning versus stroomkarakteristieken beschouwen.
Bij siliciumdiodes varieert V_f (voorwaartse spanningsval) doorgaans van 1 V tot 1 V als de stroom toeneemt van 0.7 mA tot 0.8 A, als gevolg van de toegenomen elektronenstroom. Germaniumdiodes vertonen onder vergelijkbare omstandigheden een V_f-toename van 0.3 V naar 0.4 V. De Shockley-vergelijking beschrijft de relatie: V_f = nV_t ln(I/I_s + 1). Hier varieert n (idealiteitsfactor) van 1 (ideale diode) tot 2 (werkelijke omstandigheden), V_t (thermische spanning) is ongeveer 26 mV bij kamertemperatuur, en I_s (verzadigingsstroom) ligt in het nanoampère-bereik.
Uit de IV-curve kunnen we zien dat een grote toename van de stroom aanvankelijk een verwaarloosbaar kleine toename van de spanning oplevert. Dan gaat de spanning sneller omhoog en escaleert uiteindelijk heel snel. De IV-curve toont een exponentiële groei van spanning met stroom. Tegen de tijd dat Vd 0.6/0.7 V overschrijdt, gaat deze snel omhoog.
Wanneer spanningsdaling over een PN-junctiediode?
Wanneer stroom door een component in een circuit gaat, treedt een spanningsdaling op. Evenzo, wanneer stroom door de diode gaat in voorwaartse voorspanning, dan is er a spanningsval, bekend als voorwaartse spanningsval.
De pn-junctiediode kan de stroom van de junctie niet in de omgekeerde voorspanning sturen voor een zeer hoge weerstand. De pn-junctie werkt als een open circuit, dus de spanningsval over die ideale pn-junctiediode blijft hetzelfde. Het is gelijk aan de batterijspanning.
Klik ook om meer te weten over: Organische lichtgevende diodes.
Diode-aangesloten MOSFET-spanningsval
Een met een diode verbonden MOSFET, waarbij de poort en de bron zijn kortgesloten, vertoont een spanningsval die gelijk is aan de drempelspanning (V_th), doorgaans in het bereik van 0.7 V tot 1 V. Deze daling is groter vanwege de V_gs-vereiste (gate-to-source-spanning) van de MOSFET. De specifieke V_th hangt af van het MOSFET-type en de constructie, waarbij variaties worden waargenomen in verschillende technologieknooppunten.
toepassingen: Diode-aangesloten MOSFET's worden gebruikt in analoge circuits als spanningsreferentie en in digitale circuits voor logische niveauverschuiving, waarbij ze profiteren van de hoge ingangsimpedantie en gecontroleerde spanningsval van de MOSFET.
Hallo……Ik ben Kaushikee. Banerjee heeft mijn master Elektronica en Communicatie afgerond. Ik ben een elektronica-liefhebber en houd mij momenteel bezig met elektronica en communicatie. Mijn interesse ligt in het verkennen van geavanceerde technologieën. Ik ben een enthousiaste leerling en knutsel met open-source elektronica.
Hallo medelezer,
We zijn een klein team bij Techiescience, dat hard werkt tussen de grote spelers. Als je het leuk vindt wat je ziet, deel dan onze inhoud op sociale media. Uw steun maakt een groot verschil. Bedankt!