二极管真的遵循欧姆定律吗?

电器工程 二极管 反抗 欧姆定律
2022-01-08 14:25:54

二极管真的遵循欧姆定律吗?

欧姆定律指出,通过两点之间导体的电流与两点之间的电压成正比。

引入比例常数,即电阻,可以得出描述这种关系的常用数学方程:I = V/R,其中 I 是通过导体的电流,以安培为单位,V 是通过导体测量的电压,以单位为单位伏特,R 是导体的电阻,单位为欧姆。更具体地说,欧姆定律指出,这种关系中的 R 是恒定的,与电流无关。”

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

但是,我有一位电气工程师同事告诉我,二极管确实遵循欧姆定律V = IR,除了它具有自动变化的可变电阻,以便为任何电流保持相对恒定的电压降。

这是真的?

它是否遵循欧姆定律?

此外,如果您在电源的末端放置一个二极管,阳极连接到 + 并且阴极未连接,您仍然会看到没有电流流动的电压降。解释一下。

下图显示了 HER508 二极管上相对于电流的电压降:

IV图
资料来源:http ://www.rectron.com/data_sheets/her501-508.pdf

4个回答

这真的不是一个非黑即白的问题,许多人会争辩说它不遵循“欧姆定律”,根据你的说法,他们可能是对的。

然而,事实是二极管的电阻会根据施加的电流或电压而变化。因此,您不能像使用电阻器那样简单地查找二极管的电阻并使用“欧姆定律”通过古老的 V=IR 公式来确定电压和电流之间的关系。从这个论点来看,没有一个二极管,或者更准确地说是半导体,似乎不遵循欧姆定律。

但是,如果您的电路中有一个二极管,偏置电压为 V 或偏置电流为 I,则在这些条件下二极管的电阻仍然是一个常数。也就是说,当二极管处于稳定状态时,欧姆公式仍然适用。如果您试图计算该状态下电路的输出阻抗,那么了解这一点很重要,同时确认当电路处于不同状态时阻抗会有所不同。

事实上,我什至会争辩说二极管总是遵循欧姆的公式。是的 V = IR。然而,在二极管的情况下,R 遵循一个相当复杂的方程,其中包括 V 或 I 作为变量。

那是一个二极管

\$V = I.R_D\$ 其中
\$R_D = F(I,V)\$
\$V = IF(I,V)\$

所以是的,从数学上讲,它确实遵循欧姆的公式,只是不是在非常特定的静态条件下对你有用的形式。

对于那些认为“如果电阻不是恒定的,欧姆定律不适用”的人,恐怕这是麦克斯韦的错误引用。Ohm 的意图是在稳定的激发条件下,电阻应随时间保持恒定。即,在施加电压和电流不变的情况下,电阻不能自发变化。事实是,没有什么是固定的阻力。即使是不起眼的 1/4 瓦电阻,它也会在升温和老化时改变电阻。

如果您认为这只是他对一个人的看法,那您是对的,他的名字是
Georg Simon Ohm

在此处输入图像描述

您可能从未真正读过他的作品,或者如果您读过德语,那就是原始版本如果你曾经这样做过,并且在 281 页或过时的英语和电气术语中,我警告你,这是一本非常难读的东西,你会发现他确实涵盖了非线性设备,因此,它们应该被包括在内在欧姆定律中。事实上,有一个完整的附录,大约 35 页,完全致力于这个主题。他甚至承认那里仍有一些东西有待发现,并将其留待进一步调查。

欧姆定律状态.. 根据麦克斯韦..

“作用于电路任何部分末端之间的电动势是电流强度与电路该部分电阻的乘积。”

然而,这只是 Ohm 论文的一部分,用 Ohm 的话来说是由论文中定义的“一个伏打电路......它已经获得了它的永久状态”所限定的,我将其解释为任何电阻取决于的元素必须允许施加的电压或电流或其他任何东西进入其平衡状态。此外,在整个电路的激励发生任何变化之后,必须在公式生效之前进行再平衡。另一方面,麦克斯韦将其定性为,R 不能随 V 或 I 变化。

这可能不是您在学校所教的内容,甚至不是您从许多知名来源所引用或阅读的内容,但它来自 Ohm 本人。真正的问题是,许多人只感知或理解对由麦克斯韦撰写的欧姆论文的非常简化的解释,自从这位伟人实际将他的工作称为“欧姆定律”以来,几十年来一直可能被错误地传播。

这当然会给你带来一个悖论。

事实是欧姆简单地说,一旦它进入稳定状态,电路上的电压就是电流乘以部件电阻的总和。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

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

其中 R3 是二极管进入的任何电阻。因此,R3 是否为二极管并不重要。这当然是正确的。另一方面,麦克斯韦暗示由于电路包含非线性元件,因此该公式不适用,这当然是错误的。

那么,我们是否相信麦克斯韦写的是过度简化的错误,并遵循欧姆的真实说法,或者我们是否抛弃了欧姆的真实说法,而接受麦克斯韦的简化,这将非线性部分排除在外?

如果您认为二极管不符合您对欧姆定律的心智模型,那么您的欧姆定律模型实际上就是麦克斯韦定律。需要被认定为欧姆论文的一个子集的东西。如果您认为二极管确实适合该模型,那么您实际上是在引用 Ohm 的论文。

正如我所说,它不是非黑即白。最后,这并不重要,因为它什么也没改变。

二极管不遵循欧姆定律。但。在任何给定的电流水平下,您可以针对电流的微小变化 (\$\Delta i\$) 测量电压变化 (\$\Delta V\$),并获得称为动态电阻的局部等效电阻。从图形上看,这只是二极管电压/电流曲线的斜率,即 \$Rd=\frac{\Delta V}{\Delta i}\$。这对于描述电路中的二极管在给定电流水平下的行为通常很有用。

您的朋友只是在描述标准(硅,非肖特基)二极管的行为,它的 vi 曲线是一个指数,基本上为零(对于使用 mA 作为电流轴的图表),并且在大约 0.6 处开始明显上升伏,通常会达到非常高的电流约 0.7 伏。也就是说,动态电阻在低电流时非常高,并且在(大约)0.6 伏之后迅速下降。这意味着,如果您有一个由可变电压和固定电阻驱动的正向偏置二极管,那么在相当大的电压范围内,二极管正向电压将非常接近 0.6 或 0.7 伏。

二极管不遵循欧姆定律。正如您在引用的段落中看到的那样,欧姆定律特别指出 R 保持不变。如果您在查看二极管 IV 曲线时尝试从 V/I 计算 R,您会发现随着电压的增加,“R”会发生变化。

您的电气工程师朋友不正确。说“电阻变化以保持恒定的Vdrop”是完全没有意义的。在这种情况下,“阻力”实际上只是 V/I,它正在发生变化。如果您允许 R 在 V=IR 中具有任何值,则该等式将变得毫无用处,因为您无法预测任何事情。

在您的情况下,您不会看到电压下降。设备的两侧将处于相同的正电压(相对于电源的 - 端子)

欧姆定律指出,通过两点之间导体的电流与两点之间的电压成正比。

  1. 二极管不是导体。

  2. “...与...成正比”是指电压和电流在相当大的工作范围内呈线性关系,但显然情况并非如此。

所以不行; 二极管不遵循欧姆定律。