¿Un diodo realmente sigue la Ley de Ohm?

Question

¿Un diodo realmente sigue la Ley de Ohm?

La ley de Ohm establece que la corriente a través de un conductor entre dos puntos es directamente proporcional al voltaje a través de los dos puntos.

Introduciendo la constante de la proporcionalidad, la resistencia, se llega a la ecuación matemática habitual que describe esta relación: I = V/R, donde I es la corriente a través del conductor en unidades de amperios, V es el voltaje medido a través del conductor en unidades de voltios, y R es la resistencia del conductor en unidades de ohmios. Más específicamente, la ley de Ohm establece que R en esta relación es constante, independiente de la corriente."

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

Sin embargo, tuve un compañero ingeniero eléctrico que me dijo que un diodo hace seguir la Ley de Ohm, V = IR excepto que tiene una resistencia variable que varía automáticamente para mantener una caída de voltaje relativamente constante para cualquier corriente.

¿Es esto cierto?

¿Sigue o no sigue la Ley de Ohm?

Además, si pones un diodo al final de una fuente de alimentación, con el ánodo a + y el cátodo no conectado, todavía se ve una caída de voltaje sin flujo de corriente. Explica esto.

Aquí hay un diagrama que muestra la caída de voltaje con respecto a la corriente en un diodo HER508:

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

Answer 1

Esta no es una cuestión en blanco y negro y mucha gente argumentará que no sigue la "Ley de Ohm", y dependiendo de cómo se argumente, pueden tener razón.

Sin embargo, lo cierto es que la resistencia de un diodo cambia en función de la corriente o la tensión aplicada. Por lo tanto, no se puede simplemente buscar la resistencia de un diodo y utilizar la "Ley de Ohm" para determinar la relación entre la tensión y la corriente mediante la vieja fórmula V=IR, como se puede hacer con una resistencia. A partir de ese argumento, no un diodo, o más exactamente, semiconductor, no parece seguir la Ley de Ohm.

Sin embargo, si tienes un circuito con un diodo en él, polarizado a una tensión V o con una corriente de polarización de I, la resistencia del diodo en esas condiciones sigue siendo una constante. Es decir, la fórmula de Ohm se sigue aplicando cuando el diodo está en estado estacionario. Si intentas calcular la impedancia de salida de tu circuito en ese estado, es importante saberlo, aunque reconociendo que la impedancia será diferente cuando el circuito esté en otro estado.

De hecho, me atrevería a decir que un diodo siempre sigue la fórmula de Ohm. Sí V=IR. Sin embargo, en el caso del diodo R sigue una ecuación bastante compleja que incluye V o I como variables..

Esto es para un diodo

$V = I.R_D$ Dónde
$R_D = F(I,V)$
$V = I.F(I,V)$

Así que sí, matemáticamente, sigue la fórmula de Ohm, sólo que no en una forma que sea muy útil para usted, excepto en condiciones estáticas muy específicas.

Para los que argumentan que "la ley de Ohm no se aplica si la resistencia no es constante", me temo que es una cita errónea de Maxwell. La intención de Ohm con eso era que la resistencia fuera constante con el tiempo bajo condiciones de excitación estables. Es decir, la resistencia no puede cambiar espontáneamente sin que cambien la tensión y la corriente aplicadas. La verdad es que nada tiene una resistencia fija. Incluso tu humilde resistencia de un cuarto de vatio cambiará de resistencia cuando se caliente y cuando envejezca.

Si crees que esto es sólo la opinión de un hombre, tendrías razón, su nombre es
Georg Simon Ohm

Lo más probable es que nunca haya leído su trabajo o, si lee en alemán, el versión original . Si alguna vez lo haces, y, con 281 páginas o una anticuada terminología inglesa y eléctrica, te advierto que es algo muy difícil de leer, descubrirás que, efectivamente, cubrió los dispositivos no lineales y, como tales, deben ser incluidos en la Ley de Ohm. De hecho hay todo un Apéndice, de unas 35 páginas, dedicado íntegramente al tema. Incluso reconoce que hay cosas por descubrir allí y lo deja abierto para una mayor investigación.

La Ley de Ohms establece .. según Maxwell ..

"La fuerza electromotriz que actúa entre los extremos de cualquier parte de un circuito es el producto de la fuerza de la corriente, y la resistencia de esa parte del circuito".

Sin embargo, esto es sólo una parte de la tesis de Ohm y se matiza en las palabras de Ohm con la afirmación, "un circuito voltaico... que ha adquirido su estado permanente" que se define en el documento, y parafraseo, como cualquier elemento cuya resistencia dependa de la tensión o la corriente aplicada o cualquier otra cosa debe dejarse asentar en su condición de equilibrio. Además, después de cualquier cambio en la excitación del circuito en su conjunto, debe producirse un reequilibrio antes de que la fórmula sea efectiva. Maxwell, por otro lado, la calificó como, R no debe cambiar con V o I.

Puede que esto no sea lo que le enseñaron en la escuela, o incluso lo que ha oído citar o leer de muchas fuentes acreditadas, pero es del propio Ohm. El verdadero problema es que mucha gente percibe o entiende sólo una interpretación muy simplificada de la tesis de Ohm, escrita por Maxwell, que ha sido, posiblemente de forma errónea, propagada durante décadas desde que el gran hombre realmente realizó su trabajo como "Ley de Ohm".

Lo que, por supuesto, te deja con una paradoja.

El hecho es Ohm simplemente dijo, una vez que se establece en un estado estable el voltaje a través del circuito es la suma de la corriente por las resistencias de las partes.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

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

Donde R3 es la resistencia en la que se asienta el diodo. Como tal, no importa si R3 es un diodo o no. Lo que por supuesto es correcto. Maxwell, por otro lado, implica que como el circuito contiene un elemento no lineal, la fórmula no se aplica, lo que por supuesto es incorrecto.

Entonces, ¿creemos que lo que escribió Maxwell fue un error de simplificación y nos quedamos con lo que realmente dijo Ohm, o desechamos lo que realmente dijo Ohm y nos quedamos con la simplificación de Maxwell, que deja fuera a las partes no lineales?

Si crees que un diodo no se ajusta a tu modelo mental de la Ley de Ohm, entonces tu modelo de la Ley de Ohm es en realidad la Ley de Maxwell. Algo que debe ser calificado como un subconjunto de la tesis de Ohm. Si crees que un diodo sí se ajusta al modelo, entonces realmente estás citando la tesis de Ohm.

Como he dicho, no es blanco o negro. Al final, no importa realmente, ya que no cambia nada.

Answer 2

Los diodos no siguen la Ley de Ohm. Pero. A cualquier nivel de corriente, se puede medir el cambio de tensión ( $\Delta V$ ) para pequeños cambios de corriente ( $\Delta i$ ), y obtener una resistencia local equivalente llamada resistencia dinámica. Gráficamente, es simplemente la pendiente de la curva tensión/corriente del diodo, o $Rd=\frac{\Delta V}{\Delta i}$ . Esto suele ser útil para describir cómo se comportará un diodo en un circuito a un nivel de corriente determinado.

Su amigo está describiendo simplemente el comportamiento de un diodo estándar (de silicio, no Schottky), cuya curva v-i es una exponencial que es esencialmente cero (para un gráfico que utiliza mA como eje de la corriente) y que empieza a subir visiblemente a unos 0,6 voltios y que normalmente alcanzará corrientes muy altas a unos 0,7 voltios. Es decir, la resistencia dinámica es muy alta a bajas corrientes y después de (aproximadamente) 0,6 voltios cae rápidamente. Esto significa que, si tienes un diodo con polarización hacia delante conducido por una tensión variable y una resistencia fija, en un rango bastante amplio de tensiones la tensión hacia delante del diodo será bastante cercana a 0,6 o 0,7 voltios.

Answer 3

Los diodos no siguen la ley de ohmios. Como puede ver en su pasaje citado, la ley de Ohm establece específicamente que R permanece constante. Si tratas de calcular R a partir de V/I mirando la curva IV de un diodo, verás que a medida que aumentas el voltaje, "R" cambiará.

Tu amigo el ingeniero eléctrico está equivocado. Decir que "la resistencia varía para mantener una Vdrop constante" no tiene ningún sentido. En este caso, la "resistencia" es literalmente sólo V/I, que está cambiando. Si permites que R tenga cualquier valor en V=IR, la ecuación se vuelve inútil porque no puedes predecir nada.

En su situación, no vería una caída de tensión. Ambos lados del dispositivo estarían a la misma tensión positiva (en relación con el terminal - de la fuente de alimentación)

Answer 4

La ley de Ohm establece que la corriente que atraviesa un conductor entre dos puntos es directamente proporcional a la tensión entre ambos puntos.

1. Un diodo no es un conductor.

2. ... directamente proporcional a ..." significa una relación lineal entre la tensión y la corriente en un rango de funcionamiento sustancial, lo que, claramente, no es el caso.

Así que, no; un diodo no sigue la ley de Ohm.

Answer 5

... Un compañero ingeniero eléctrico me dijo que un diodo sigue la Ley de Ohm, V=IR, excepto que tiene una resistencia variable que varía automáticamente para mantener una caída de tensión relativamente constante para cualquier corriente. ¿Es esto cierto?

Sí

• pero sólo para la tensión incremental cuando se satura y el valor fijo de la resistencia tiene una amplia tolerancia, pero puede considerar la curva VI nominal.

¿Qué es la saturación? Cuando la resistencia dinámica logarítmica es menor que la resistencia fija del bulto, la ESR es casi constante y se aplica la Ley de Ohm.

• ¡¡Observe que la siguiente def'n es falsa !!
  Un diodo que pasa la máxima corriente posible, por lo que nuevos aumentos de la tensión aplicada no tienen efecto sobre la corriente. McGraw-Hill Dictionary of Scientific & Technical Terms, 6E, Copyright © 2003 por The McGraw-Hill Companies, Inc.

¿Qué es el ESR? La resistencia efectiva en serie suele medirse por la tangente de la curva VI o $ESR=\frac{\Delta V}{ \Delta I}$ esto se puede utilizar para medir la ESR de la tapa con el pulso del paso o los transistores Vce(sat) o cualquier cosa con pérdidas sobre una cierta gama limitada.

Entonces, ¿qué corriente se necesita para medir la VSG?

• Se vuelve más lineal y fija cerca de la Vf nominal @ corriente Si y puede predecirse en general para la mayoría de los diodos usando este
• Dado que If(max) depende de la potencia nominal Pd (max) y del tamaño del chip, la ESR siempre está relacionada inversamente con Pd y ya no es logarítmica sino casi constante. - La tolerancia de la ESR puede ser de +/-50% en toda la producción, pero de <5% en un lote.
• En el caso de los diodos Zener, la ESR se denomina $Z_{zt}$ @ algunos Si (mA) y es lo mismo y Se aplica la Ley de Ohm

Ejemplo:

\$V_f= V_{th} + I_f*ESR ~ \$
- Vth es la rodilla de la curva como el umbral Zener (LED, Ge, Si, etc.)

Verifique mis afirmaciones

Toshiba LED TL1-L3-xxx especificaciones

• 2,85V (típicos) @ 350mA, 1A máx. (pulso) por lo que medir ESR > 0,1A
• Pd (típico) = 2,85 * 350mA = 1W
• ( mi regla) ESR = k/Pd para k= 0,5 (bueno) a 1 (regular)

De la hoja de cálculo anterior (generada a partir de hoja de datos ) ver cómo la ESR ( verde oscuro) se aplana por encima de Vf = 2,85V

• ESR @ Si
  • (eje Y izquierdo vs eje Y derecho)

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

Dado que lo anterior significa factor ESR k = 0,5 se trata de un excelente LED eficiente ( más que bueno) Los LEDs de baja potencia como los de 5mm suelen tener k=1 por ejemplo 65mW , ESR = 16 Ω . Por lo general, cuanto mejor sea la calidad del producto y mayor sea el tamaño, menor es el factor k, una figura de mérito útil (FoM). y recuerde que la tolerancia en las especificaciones es amplia, pero sus resultados dependen del proveedor.

Información diversa (de mal gusto)

Los diodos son intrínsecamente logarítmicos en 4 décadas cuando son ideales. Se trata de un diodo de gran potencia, por lo que la resistencia lineal en bloque es bastante pequeña en comparación con la respuesta natural logarítmica.

A menudo he hablado de cómo la resistencia lineal incremental de los diodos sigue el índice Pd inverso +/-25% para k=0,5 a 1 para ESR=k/Pd. Este es mi propio descubrimiento, no enseñado pero consistente con la mayoría de los diodos y transistores. aunque esta parte no tiene la clasificación Pd es 5A@1.1~1.7 @60'C implica una media de 7W o una ESR de 0,07 a 0,14 ohmios o una media de 0,1V aumento por Amp. Esto da una estimación aproximada de la curva en el rango de 1 a 10A por encima de lo que se convierte en lineal como se muestra por la curva en el gráfico log-lin de la figura 4 en http://www.eicsemi.com/DataSheet/HER501_8.pdf

Pero esta curva que muestras es sólo para un pulso estrecho donde la temperatura de la unión se regula a 25'C constantes.

Pero para la ESR, sigue una curva algo lineal entre el 10% y el 100% de la corriente nominal máxima. Por debajo de este valor, la R incremental es logarítmica.

Así que sí y no son sus respuestas. Depende de la ESR.