Wie groß ist der Gleichstromwiderstand der Diode?

DC-Widerstand einer Diode:

1. Einführung:

Definition:

  • DC-Widerstand: Der DC-Widerstand einer Diode bezieht sich auf den äquivalenten Widerstand, den die Diode bietet, wenn ein Gleichstrom (DC) durch sie fließt. Sie ist ein Maß dafür, wie die Diode den Stromfluss in einem Gleichstromkreis behindert.

2. Komponenten des Gleichstromwiderstands:

Ohmscher Widerstand (Dynamischer Widerstand):

  • Ohmscher Anteil: Der Gleichstromwiderstand einer Diode besteht hauptsächlich aus ihrem ohmschen Widerstand, auch dynamischer Widerstand genannt. Dieser Widerstand hängt mit der Spannungs-Strom-Kennlinie der Diode zusammen und ist nicht konstant, sondern variiert mit dem Arbeitspunkt auf der Kennlinie.

Ideale vs. praktische Diode:

  • Ideale Diode: In einer idealen Diode wäre der Gleichstromwiderstand Null, was eine perfekte Leitung anzeigt, wenn sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, und einen unendlichen Widerstand, wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt ist.
  • Praktische Diode: In einem praktischen Szenario weist eine Diode einen endlichen dynamischen Widerstand auf, der ihr Verhalten unter verschiedenen Vorspannungsbedingungen beeinflusst.

3. Verhalten bei Vorwärtsneigung:

Vorwärtsorientierung:

  • Leitfähiger Zustand: Wenn eine Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist, lässt sie Strom fließen, und der Gleichstromwiderstand in diesem Modus ist im Wesentlichen der ohmsche Widerstand, der mit der Diode in ihrem leitenden Zustand verbunden ist.
  • Spannungs-Strom-Beziehung: Die Beziehung zwischen Spannung und Strom im Vorwärtsrichtungsbereich ist annähernd exponentiell. Der dynamische Widerstand, dargestellt als inkrementeller Widerstand, kann als Spannungsänderung dividiert durch die Stromänderung berechnet werden.
  • Niedriger dynamischer Widerstand: Der dynamische Widerstand während der Vorwärtsvorspannung ist normalerweise niedrig, insbesondere in dem Bereich, in dem die Diode leitet.

4. Verhalten unter umgekehrter Voreingenommenheit:

Umgekehrte Voreingenommenheit:

  • Nichtleitender Zustand: Im umgekehrt vorgespannten Zustand ist die Diode so ausgelegt, dass sie den Stromfluss blockiert. Der Gleichstromwiderstand ist im Sperrzustand deutlich höher als im Vorwärtszustand.
  • Durchbruchbereich: Bei ausreichend hohen Sperrspannungen gelangt die Diode in den Durchbruchbereich, wo der dynamische Widerstand schlagartig abnehmen kann.
  • Hoher dynamischer Widerstand: Unter normalen Sperrvorspannungsbedingungen (vor dem Durchschlag) ist der dynamische Widerstand hoch, was auf einen starken Widerstand gegen den Stromfluss hinweist.

5. Dynamische Widerstandsberechnung:

Inkrementeller Widerstand:

  • Steigung der VI-Kennlinie: Der dynamische Widerstand kann als Kehrwert der Steigung der Spannungs-Strom-Kennlinie (VI) an einem bestimmten Betriebspunkt berechnet werden.
  • Kleinsignalmodell: Der dynamische Widerstand ist im Wesentlichen ein Kleinsignalmodell, das das Verhalten der Diode um einen bestimmten Arbeitspunkt herum annähert.

6. Faktoren, die den dynamischen Widerstand beeinflussen:

Temperatur:

  • Temperaturabhängigkeit: Der dynamische Widerstand ist stark temperaturabhängig. Ein Temperaturanstieg führt bei Siliziumdioden im Allgemeinen zu einer Verringerung des dynamischen Widerstands.

Diodentyp:

  • Material und Design: Die Art des Halbleitermaterials (z. B. Silizium, Germanium) und das Design der Diode beeinflussen ihre dynamischen Widerstandseigenschaften.

Voreingenommene Bedingungen:

  • Betriebspunkt: Der dynamische Widerstand variiert mit dem Betriebspunkt auf der VI-Kennlinie. Unterschiedliche Vorspannungsbedingungen führen zu unterschiedlichen dynamischen Widerständen.

7. Anwendungen und Bedeutung:

Energieverschwendung:

  • Wärmeerzeugung: Der dynamische Widerstand spielt eine Rolle bei der Verlustleistung der Diode. Ein geringerer dynamischer Widerstand während der Leitung führt zu einer geringeren Wärmeentwicklung.

Schaltungsanalyse:

  • Kleinsignalanalyse: In der Schaltungsanalyse wird der dynamische Widerstand häufig in Kleinsignalmodellen verwendet, um das Verhalten von Dioden um bestimmte Arbeitspunkte herum zu analysieren.

Gerätecharakterisierung:

  • Parameter für Spezifikationen: Der dynamische Widerstand ist ein Parameter, der in den Spezifikationen von Dioden verwendet wird und Einblicke in deren Verhalten unter verschiedenen Vorspannungsbedingungen bietet.

8. Messung:

Spannungs- und Strommessung:

  • Messung der Vorwärtsvorspannung: Der dynamische Widerstand während der Vorwärtsvorspannung kann gemessen werden, indem ein kleines Wechselstromsignal angelegt wird, das der Gleichvorspannung überlagert wird, und die Änderung von Spannung und Strom beobachtet wird.
  • Reverse-Bias-Messung: Bei der Messung während der Reverse-Bias-Spannung wird ein kleines Wechselstromsignal angelegt, das der Reverse-Bias-Spannung überlagert ist, und die resultierende Änderung von Spannung und Strom überwacht.

9. Abschluss:

Dynamische Natur:

  • Variiert je nach Betriebsbedingungen: Der Gleichstromwiderstand einer Diode ist kein fester Wert, sondern eine dynamische Größe, die je nach Betriebsbedingungen, Vorspannung und Temperatur variiert.

Entscheidend für Design:

  • Berücksichtigung beim Schaltungsentwurf: Das Verständnis und die Berücksichtigung des dynamischen Widerstands von Dioden sind entscheidend für den Entwurf von Schaltungen für optimale Leistung, Effizienz und Wärmeableitung.

Zusammenfassend besteht der Gleichstromwiderstand einer Diode hauptsächlich aus ihrem dynamischen Widerstand, der je nach Betriebsbedingungen und Vorspannung variiert. Dieser Widerstand ist ein entscheidender Faktor für das Verständnis des Verhaltens von Dioden sowohl bei Vorwärts- als auch bei Sperrvorspannung und beeinflusst deren Anwendungen in elektronischen Schaltkreisen.

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