Varias diodos en serie inversamente polarizados

Question

Estaba pensando en una pregunta que acababa de aparecer aquí, creo que fue una entrevista de alguien. De todos modos, nunca había pensado realmente en lo que sucede cuando tienes dos diodos en serie pero polarizados en inversa.

simular este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

¿Por qué la caída de voltaje se comparte, o 10V en cada uno de ellos? Quiero decir, entiendo que si fueran resistencias habría un flujo de corriente, supongo que aquí es el muy pequeño flujo de corriente de polarización inversa. Simplemente no entiendo lo que está sucediendo a un nivel más bajo :)

Luego, tener Vdrop sea VCC/3 parece una respuesta de libro de texto, como si la respuesta real debería ser que cada característica de los diodos es un poco diferente, por lo que dependiendo de cuánta corriente maneje cada uno, de alguna manera lleva a la caída de voltaje a través de él.

Entonces, ¿cómo funciona eso en la vida real?

Answer 1

Necesitarías mirar la curva I-V de cada diodo y encontrar un punto de operación donde el voltaje total de los tres supere el voltaje de la fuente (30 V en tu ejemplo) y la corriente sea igual a través de cada uno.

Si los diodos son idénticos, entonces, por supuesto, eso lleva a VCC/3 a través de cada diodo.

Pero si un diodo está un poco más caliente o más frío que los demás, o tiene más luz brillando sobre él, o simplemente salió de la fábrica con un poco más o menos de dopante en su unión, entonces no serán verdaderamente idénticos, y podrías tener una variación sustancial en los voltajes.

Poner resistencias de alto valor en paralelo con cada diodo (como en la pregunta anterior) reducirá el efecto de las variaciones de los diodos en las caídas de voltaje resultantes y te acercará más a lograr voltajes iguales en los diodos (si eso es lo que deseas).

Answer 2

Parece que tienes la idea correcta. Para los diodos dispuestos de esta manera, se reduce a la fuga de inversa. Aquí tienes una captura de pantalla de una hoja de datos de 1N4148 hecha por Fairchild:

A medida que la fuente de voltaje se enciende y aumenta de 0V a 30V en tu esquema, el voltaje inverso en los diodos también aumentará. Entonces la corriente inversa comenzará en cero y empezará a subir por la curva en la figura anterior. Justo cuando la corriente inversa alcanza aproximadamente 15nA a través de cada diodo, la caída de voltaje inverso en cada diodo será de aproximadamente 10V. En ese punto se estabilizará y se mantendrá allí indefinidamente.

Obviamente, los diodos no serán exactamente iguales, por lo que se estabilizarán con diferentes voltajes, en cualquier valor de corriente que haga que los tres voltajes sumen 30V. Además, hay otras causas de corriente de fuga en el circuito que dependen enteramente de la topología del circuito, pero eso está más allá del alcance de tu pregunta.

Answer 3

Indicas en tu pregunta, "Yo comprendería si los diodos fueran resistencias." Bueno - lo son! Son resistencias variables. Permíteme explicar, al observar el diagrama de la curva I-V (gracias a Dan Laks), verás que a 10v, hay una corriente inversa de 15nA. Esto corresponde a una resistencia de (10v/15nA =) 667 megaohmios. Suponiendo que los diodos son "idénticos", entonces tienes 3 resistencias iguales conectadas a una fuente de 30v. Por lo tanto, el voltaje a través de cada diodo es VCC/3. La suma de las tres resistencias es de 2,000 megaohmios, por lo que la corriente a través de los tres diodos es (30v/2,000mohms =) 15nA.
Para el caso de que los diodos no sean idénticos, entonces el voltaje a través de cada diodo será más alto o más bajo que 10v, pero su suma será de 30v.