Um diodo realmente segue a Lei de Ohm?

Um diodo realmente segue a Lei de Ohm?

A lei de Ohm afirma que a corrente através de um condutor entre dois pontos é diretamente proporcional à tensão entre os dois pontos.

Introduzindo a constante de proporcionalidade, a resistência, chega-se à equação matemática usual que descreve essa relação: I = V / R, onde eu é a corrente através do condutor em unidades de amperes, V é a tensão medida no condutor em unidades de volts e R é a resistência do condutor em unidades de ohms. Mais especificamente, a lei de Ohm afirma que o R nessa relação é constante, independente da corrente ".

https://en.wikipedia.org/wiki/Ohm%27s_law

No entanto, eu tinha um engenheiro elétrico companheiro me dizer que um diodo faz seguir a Lei de Ohm, V = IR, exceto que ele tem uma resistência variando que varia automaticamente a fim de manter uma queda de tensão relativamente constante para qualquer atual.

Isso é verdade?

Ele segue ou não a Lei de Ohm?

Além disso, se você colocar um diodo no final de uma fonte de alimentação, com o ânodo em + e o cátodo não conectado, você ainda verá uma queda de tensão sem fluxo de corrente. Explique isso.

Aqui está um diagrama para mostrar a queda de tensão em relação à corrente em um diodo HER508:

Fonte: http://www.rectron.com/data_sheets/her501-508.pdf

Isso realmente não é uma questão em preto e branco e muitas pessoas argumentam que não segue a "Lei de Ohm" e, dependendo de como você argumenta, elas podem estar certas.

No entanto, a verdade é que a resistência de um diodo muda dependendo da corrente ou tensão aplicada. Como tal, você não pode simplesmente procurar a resistência de um diodo e usar a "Lei de Ohm" para determinar a relação entre tensão e corrente pela boa e velha fórmula V = IR, como você pode com um resistor. A partir desse argumento, nenhum diodo, ou mais precisamente, semicondutor, parece não seguir a Lei de Ohm.

No entanto, se você possui um circuito com um diodo, polarizado na tensão V ou com uma corrente polarizada de I, a resistência do diodo nessas condições ainda é uma constante. Ou seja, a fórmula de Ohm ainda se aplica quando o diodo está em estado estacionário. Se você está tentando calcular a impedância de saída do seu circuito nesse estado, é importante saber, embora o reconhecimento da impedância seja diferente quando o circuito estiver em um estado diferente.

De fato, eu chegaria ao ponto de argumentar que um diodo sempre segue a fórmula de Ohm. Sim V = IR. No entanto, no caso do diodo R segue uma equação bastante complexa que inclui V ou I como variáveis.

Isso é para um diodo

Onde R D = F ( I , V $V = I.R_D$
$R_D = F(I,V)$
$V = I.F(I,V)$

Então sim, matematicamente, ele segue a fórmula de Ohm, mas não de uma forma que seja muito útil para você, exceto em condições estáticas muito específicas.

Para aqueles que argumentam que "a lei de Ohm não se aplica se a resistência não for constante", receio que seja uma citação incorreta de Maxwell. A intenção de Ohm era que a resistência fosse constante com o tempo em condições estáveis ​​de excitação. Ou seja, a resistência não pode mudar espontaneamente sem alterar a tensão e a corrente aplicadas. A verdade é que nada tem uma resistência fixa. Até o seu humilde resistor de um quarto de watt altera a resistência quando aquece e à medida que envelhece.

Se você acha que essa é apenas a opinião de um homem, você está certo, o nome dele é
Georg Simon Ohm

Provavelmente, você nunca leu o trabalho dele ou, se você lê alemão, a versão original . Se você já o fez, e, com 281 páginas ou terminologia antiquada em inglês e elétrica, eu o aviso, é uma coisa muito difícil de ler, você descobrirá que ele realmente cobriu dispositivos não lineares e, como tal, devem ser incluídos na lei de Ohm. De fato, existe um apêndice completo, com cerca de 35 páginas, inteiramente dedicado ao assunto. Ele até reconhece que ainda há coisas a serem descobertas lá e deixa em aberto para uma investigação mais aprofundada.

A lei de Ohms declara .. de acordo com Maxwell ..

"A força eletromotriz que age entre as extremidades de qualquer parte do circuito é o produto da força da corrente e da resistência dessa parte do circuito".

No entanto, isso é apenas parte da tese de Ohm e é qualificado nas palavras de Ohm pela afirmação "um circuito voltaico ... que adquiriu seu estado permanente", definido no artigo, e parafraseando, como qualquer elemento cuja resistência seja dependente sobre a tensão ou corrente aplicada ou qualquer outra coisa deve ser permitida a se estabilizar em sua condição equilibrada. Além disso, após qualquer alteração na excitação do circuito como um todo, um reequilíbrio deve ocorrer antes que a fórmula seja eficaz. Maxwell, por outro lado, qualificou-o como, R não deve mudar com V ou I.

Pode não ser o que você ensinou na escola, ou mesmo o que você ouviu citar ou ler de muitas fontes respeitáveis, mas é do próprio Ohm. A questão real é que muitas pessoas percebem ou entendem apenas uma interpretação muito simplificada da tese de Ohm, escrita por Maxwell, que foi, possivelmente por engano, propagada ao longo das décadas desde que o grande homem realmente realizou seu trabalho como "Lei de Ohm".

O que, obviamente, deixa você com um paradoxo.

O fato é que Ohm é simplesmente afirmado que, uma vez que ele se estabiliza, a tensão no circuito é a soma dos tempos atuais das resistências das peças.

^{simular este circuito - esquemático criado usando CircuitLab}

$E = I.R1 + I.R2 + I.R3$

Onde R3 é a resistência que o diodo estabelece. Como tal, não importa se R3 é um diodo ou não. O que, é claro, está correto. Maxwell, por outro lado, implica que, como o circuito contém um elemento não linear, a fórmula não se aplica, o que obviamente está errado.

Então, acreditamos que o que Maxwell escreveu foi um erro de simplificação excessiva e seguimos o que Ohm realmente disse, ou jogamos fora o que Ohm realmente disse e seguimos a simplificação de Maxwell, que deixa partes não lineares no frio?

Se você acredita que um diodo não se encaixa no seu modelo mental da Lei de Ohm, então o seu modelo da Lei de Ohm é na verdade a Lei de Maxwell. Algo que precisa ser qualificado como um subconjunto da tese de Ohm. Se você acredita que um diodo se encaixa no modelo, está realmente citando a tese de Ohm.

Como eu disse, não é preto e branco. No final, isso realmente não importa, pois não muda nada.

$\Delta V$$\Delta i$$Rd=\frac{\Delta V}{\Delta i}$ . Isso geralmente é útil para descrever como um diodo em um circuito se comportará em um determinado nível de corrente.

Seu amigo está simplesmente descrevendo o comportamento de um diodo padrão (silício, não Schottky), cuja curva vi é uma exponencial que é essencialmente essencialmente zero (para um gráfico que usa mA como o eixo atual) e que começa a aumentar visivelmente em cerca de 0,6 volts e que normalmente atingem correntes muito altas em cerca de 0,7 volts. Ou seja, a resistência dinâmica é muito alta em correntes baixas e depois (cerca de) 0,6 volts cai rapidamente. Isso significa que, se você tiver um diodo de polarização direta acionado por uma tensão variável e um resistor fixo, em uma faixa de voltagens muito altas, a tensão de avanço do diodo estará bem próxima de 0,6 ou 0,7 volts.

Diodos não seguem a lei de ohms. Como você pode ver em sua passagem citada, a lei de Ohm afirma especificamente que R permanece constante. Se você tentar calcular R de V / I enquanto observa uma curva de diodos IV, verá que, à medida que aumenta a tensão, "R" muda.

Seu amigo engenheiro elétrico está incorreto. Dizer que "a resistência varia para manter um Vdrop constante" é completamente sem sentido. Nesse caso, a "resistência" é literalmente apenas V / I, que está mudando. Se você permitir que R tenha qualquer valor em V = IR, a equação se tornará inútil porque você não pode prever nada.

Na sua situação, você não veria uma queda de tensão. Ambos os lados do dispositivo estariam na mesma tensão positiva (em relação ao terminal - da fonte de alimentação)

A lei de Ohm afirma que a corrente através de um condutor entre dois pontos é diretamente proporcional à tensão entre os dois pontos.

1. Um diodo não é um condutor.

2. '... diretamente proporcional a ...' significa uma relação linear entre tensão e corrente em uma faixa operacional substancial, o que claramente não é o caso.

Então não; um diodo não segue a lei de Ohm.

Um diodo é um diodo e não segue nem se importa com o que pensamos, escrevemos ou imaginamos sobre ele.

Portanto, a pergunta pode ser virada de cabeça para baixo em algo como
"Uma característica de diodo I / V pode ser modelada usando a lei de Ohm?"

Nesse caso, a resposta poderia ser:
"Sim, dentro de certas restrições, a lei de Ohm pode ser usada, embora definitivamente não seja a melhor nem a primeira opção"

$v=R\,i$$R=f(i)$ é realmente uma grande dor de cabeça quando os números realmente precisam ser triturados.

De fato, muitos modelos podem ser empurrados para se ajustarem ao comportamento do diodo, indicando o caminho certo para suas aplicações.

O diodo também pode ser modelado como um capacitor:

$v=\frac{1}{C}\int i\,{\mathrm{dt}}$$\frac{1}{C}=f(v,i,t)$

Obviamente, essa é uma idéia totalmente louca e ninguém sensato sequer pensaria em usá-la.

Eu só quero deixar claro que modelos são apenas modelos. Eles não têm nada a ver com "realidade" - o que quer que isso signifique - e têm razão desde que dêem as respostas "certas". Então, alguns deles são mais adequados ao objetivo.

Assim, recapitulando, dependendo do que procuramos, o modelo mais apropriado deve ser encontrado:
queda / limiar constante, queda constante e resistência fixa, modelos exponenciais e vários diferenciais são com certeza muito melhores do que tentar empurrar a lei de Ohm relutante.

... Um colega engenheiro elétrico me disse que um diodo segue a Lei de Ohm, V = IR, exceto que tem uma resistência variável que varia automaticamente para manter uma queda de tensão relativamente constante para qualquer corrente. Isso é verdade?

sim

• mas apenas para tensão incremental quando saturada e o valor fixo da resistência tem uma ampla tolerância, mas você pode considerar a curva VI nominal.

O que é saturado? Quando a resistência logarítmica dinâmica se torna menor que a resistência fixa fixa, a ESR é quase constante e a Lei de Ohm se aplica.

• Observe que o seguinte def'n é falso !!
  Um diodo que está passando a corrente máxima possível; portanto, aumentos adicionais na tensão aplicada não afetam a corrente. Dicionário McGraw-Hill de Termos Técnicos e Científicos, 6E, Copyright © 2003 da McGraw-Hill Companies, Inc.

$ESR=\frac{\Delta V}{ \Delta I}$ isso pode ser usado para medir Cap ESR com pulso de passo ou transistores Vce (sat) ou qualquer coisa com perdas em algum intervalo limitado.

Então, qual corrente é necessária para medir a ESR?

• Torna-se mais linear e fixo próximo de Vf @ current If e pode ser previsto em geral para a maioria dos diodos que usam este
• Como If (max) depende da classificação de potência Pd (max) e do tamanho do chip, a ESR está sempre inversamente relacionada a Pd e não é mais logarítmica, mas quase constante. - A tolerância à ESR pode ser de +/- 50% em toda a produção, mas <5% em um lote.
• $Z_{zt}$

Exemplo:

$V_f= V_{th} + I_f*ESR ~~~~~$
- Vth é o joelho da curva como o limiar de Zener (LED, Ge, Si, etc.)

Verifique minhas afirmações

Toshiba LED TL1-L3-xxx especificações

• 2,85V (típico) a 350mA, 1A máx. (Pulso) para medir ESR> 0,1A
• Pd (typ) = 2,85 * 350mA = 1W
• (minha regra) ESR = k / Pd para k = 0,5 (bom) a 1 (razoável)

Na planilha acima (gerada a partir da folha de dados ), veja como a ESR (verde escuro) se achata acima de Vf = 2,85V

• ESR @ If
  • (eixo Y esquerdo versus eixo Y direito)

 1.5 Ω @ 100mA
 1.0 Ω @ 175mA
 0.5 Ω @ 350 mA ( 2.85V )
 0.25Ω @ 1000 mA  ( absolute max)

Como acima, significa fator k de ESR = 0,5, este é um excelente LED eficiente (mais do que bom). Os LEDs de baixa potência, como 5 mm, tendem a ter k = 1, por exemplo, 65mW, ESR = 16 Ω. Geralmente, quanto melhor a qualidade do produto e maior o tamanho, menor k é melhor, uma figura de mérito útil (FoM). e lembre-se de que a tolerância nas especificações é ampla, mas seus resultados dependem do fornecedor.

Informações variadas

Os diodos são inerentemente logarítmicos ao longo de 4 décadas, quando ideais. Esse é um grande diodo de potência, portanto a resistência linear a granel é bem pequena comparada com a resposta natural logarítmica.

Eu sempre falei sobre como a resistência linear incremental dos diodos segue a classificação inversa de Pd +/- 25% para k = 0,5 a 1 para ESR = k / Pd. Esta é a minha própria descoberta, ainda não ensinada, consistente com a maioria dos diodos e transistores. embora esta parte não possua classificação Pd, é [email protected] ~ 1,7.7 a 60'C implica uma média. de 7W ou uma VHS de 0,07 a 0,14 ohms ou um valor médio de aumento de 0,1V por Amp. Isso fornece uma estimativa aproximada da curva na faixa de 1 a 10A acima, que se torna linear, conforme mostrado pela curva no gráfico log-lin da figura 4 em http://www.eicsemi.com/DataSheet/HER501_8.pdf

Mas essa curva que você mostra é apenas para pulso estreito, onde a temperatura da junção é regulada a 25 ° C constantes.

Mas para a ESR, ela segue uma curva linear entre 10% e 100% da corrente nominal máxima. Abaixo disso, o R incremental é logarítmico.

Então sim e não são suas respostas. Depende da ESR.

Eles não seguem a lei de Ohm, mas isso não torna a comparação inútil.

Primeiro, considere que, se eu tiver dois valores, como tensão e corrente, posso definir alguma função R, que é uma "resistência" que equaciona os dois. Nesse caso, o R de um diodo (a "resistência" de um diodo) é altamente não linear. Dado que eu posso criar esse relacionamento para basicamente qualquer dispositivo que eu queira, alegar que os diodos seguem a Lei de Ohm é semelhante a dizer "qualquer coisa é descartável pelo menos uma vez". ( Regra 11 )

$I=I_0e^{kV}$$\frac{dI}{dV}=kI_0e^{kV}$

A lei de Ohms funciona para muitas coisas, além de corrente e tensão através de resistores. Mas onde quer que você tente aplicá-lo, acabará por falhar. Para um resistor, a quebra ocorre quando a corrente e a tensão são altas o suficiente para fazer com que o resistor fume. Para circuitos magnéticos, a lei de ohm falha quando parte do circuito está saturada. Também pode ser aplicado ao fluxo de fluidos através de tubulações, modelos de imigração ilegal e muito mais.

Para diodos comuns, existe o DIODE EQUATION, desenvolvido IIRC por Shockley. É I = Io (e ^ (Vd / nVt) -1). Um diodo não segue a lei de ohm. Veja https://en.wikipedia.org/wiki/Diode_modelling para mais detalhes. É claro que esse modelo, como todos os outros, tem limites além dos quais falha.

Na modelagem de circuito comum, eu uso um interruptor controlado por tensão em série com uma fonte de tensão de cerca de 0,6 volts. Menos que 0,6 volts, o interruptor está aberto e nenhuma corrente flui. Acima de 0,6 volts, o comutador fecha e a queda de tensão é limitada pela fonte de tensão a 0,6, independentemente da corrente. Isso funciona bem o suficiente na maioria dos circuitos.

Observe que a calculadora WP-34s inclui a função Lambert W que você pode usar para resolver a equação do diodo imediatamente sem nenhuma iteração, mas isso está além do escopo da sua pergunta.

Em altas frequências, os diodos têm indutância e capacitância que precisarão ser modeladas; portanto, tome cuidado se você encontrar essa situação.

Seu amigo está confundindo a "lei de Ohm", que declara uma relação linear entre tensão e corrente com a capacidade de especificar resistência diferencial, a local relação entre tensão e corrente em um determinado ponto de operação. A primeira é uma lei real que faz uma declaração prescritiva, a última é basicamente mais ou menos descritiva e assume apenas a existência de uma relação entre tensão e corrente.

Observe que o ponto de operação nem mesmo pode ser descrito pela corrente: um diodo de túnel, por exemplo, possui uma fase de resistência diferencial negativa, pois o efeito de tunelamento é substituído pelo comportamento normal do diodo, onde a corrente diminui à medida que a tensão aumenta. Isso torna viável a condução de osciladores.

Os diodos são não lineares (se emitem luz ou não).

"Não linear" significa que eles não seguem a Lei de Ohm da maneira usual, assim como resistores, aquecedores, fios longos etc.

 E=IR              E (volts) = I (amps) x R (ohms).  

Em qualquer instante, há um valor para E e I, para que um R efetivo possa ser calculado.

Mas a Lei de Ohm dá a sensação de que R permanece constante se E ou eu mudar: se E dobrar, devo dobrar também. Isso não é verdade para coisas não lineares, como diodos.

A lei de Ohms é uma equação linear e todas as outras coisas constantes mantêm-se em um gráfico de linha reta. Um diodo é classificado como um dispositivo não linear e reivindicar o contrário é o mesmo que dizer que a definição de linear está errada. Você usaria seriamente a mesma analogia com gráficos quadrados ou cúbicos. Dizer que um diodo segue a lei de ohm soa como uma citação de um político - e tão crível.

$R = \frac{dI}{dV}$

$R = \frac{dI}{dV} = \frac{V}{I}$

$R_{OUT}$ , etc), nós as tratamos como resistores. Portanto, isso solidifica a ideia de que a resistência é apenas para resistores.

$R = \frac{dI}{dV}$ , praticamente qualquer componente que tem uma queda de tensão através deles e permite que a corrente flua para ou a partir de, pelo menos, um terminal pode ser expressa como tendo "resistência".

Provavelmente me arrependo de dizer "fluir para ou de pelo menos um terminal", pois não existe um componente prático (provavelmente uma antena, mas não tenho certeza)

Além disso, não compre da Lees's Electronics, eles podem confundir em fornecer peças reservadas para mim e você pode acabar com componentes defeituosos.