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[仿真] PN结的压降

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 楼主 | 2020-2-16 15:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
说茴字有四种写法将被嘲笑,但是,练习茴字的书法呢?
PN结的压降
1),同系列的二极管,序号相差无几,电路参数差不多,为什么导通压降相差很大?基本常识的关键词是锗,硅,0.20.7V,掺杂浓度。但是在实际运用时,如何估算导通压降呢?

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| 2020-2-16 15:28 | 显示全部楼层
请昆乙己同学起立发言。

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Love安呐老哥 2020-2-16 18:06 回复TA
@captzs :孔乙己?啥意思 
captzs 2020-2-16 15:41 回复TA
你懂得PN结的估算,就帖出来。你正知道茴字怎么写吗?恐怕连孔乙己都不如。 
| 2020-2-16 15:29 | 显示全部楼层
这个数字接近跟“同系列”有没有逻辑关联?

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captzs 2020-2-16 15:37 回复TA
可以认为两个二极管是随机的,用同系列是为了说明“不同”,问题在于估算。 
| 2020-2-16 15:36 | 显示全部楼层
坐等标准答案,一般用0.7计算,大功率整流二极管,按datasheet给的电压计算功耗。

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| 2020-2-16 15:40 | 显示全部楼层
但是在实际运用时,如何估算导通压降呢?
-----------
可以测量。给定型号的器件,如果电流相同温度相同VT值是接近的。

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captzs 2020-2-16 15:43 回复TA
跟真正懂的人,才有得沟通! 
 楼主 | 2020-2-16 15:48 | 显示全部楼层

2)PN结导通压降Vd与饱和电流Is参数的关系(网上摘录整理)
半导体材料N区和P区结合面电子和空穴互相渗透,结果稳定平衡为空间电荷区为PN结,形成e电场方向NP阻止载流子扩散。当外加E反偏压(P-N+如右图)e电场同向,载流子受到的阻力增强,能移动的数量有限形成的(反向)饱和电流,定义为Is参数也就对应载流子的数量。这些载流子当外加正偏压(P+N-如左图)e电场反向,阻力减小就率先移动同时冲击碰撞,释放更多的载流子形成的电流增大,当正偏压增大到阀值,PN结导通,Id电流产生了导通压降Vd。显然,启动电压(导通压降)的高低与PN结初始移动的载流子的数量相关,可用Is参数衡量。PN结伏安特性表达式中,对应导通压降的电流Id随饱和电流Is参数升降也可出它们的关系。表达式Id=Is[Exp(Vd/Vt)-1] ,其中,
Id通过PN结的电流
Vd:加在PN结两端电压
Vt(温度的电压当量)=kt/q
k:波耳兹曼常数=1.38e-23(J/K)t:热力学温度300°K=26.85℃,q:电子电荷=1.6e-19C
Is(Saturation current)(反向)饱和电流


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| 2020-2-16 18:12 | 显示全部楼层
TIM图片20200216181138.png

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| 2020-2-16 19:49 | 显示全部楼层
不同的材料,  差别大;
不同的电流,  差别大;
不同的温度,  差别也大;
记得有个自然指数的公式,  但计算复杂.
实际应用中,  除了实测,  还有经验特性图可查

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 楼主 | 2020-2-17 09:41 | 显示全部楼层

正如版主所说,PN压降受许多因素影响。


3),当Vd>>0,且Vd>Vt时,上表达式简化为Id=Is[exp(Vd/Vt)],移项得压降Vd=Vt[Ln(Id/Is)],但是未知数太多实际应用就没意思。参照运放两虚分析法,运放参数太多定量分析很难,就先以理想线性模式分析,然后再做各参数修正。本默认模式,300K(26.85℃)时,Vt=kt/q=300/11600=0.025862VId=733.8uAIs=1e-16AVd=Vt[Ln(733.8e-6)/(1e-16)]=Vt[Ln(733.8e+10)=0.025862(29.624)=766.14mV,仿真(温度用整数27)766.2mV
该模式VdIs转换系数Vd/N=766.1/16=47.88,据此可得任意IsPN结压降简便计算Vd(mV)=47.88N-10(16-N),其中NIs=1e-N表达式的数量位,-10(16-N)是任意Is1e-16A的修正项。例如,Is=1e-12AN=12,则Vd=47.88*12-10(16-12)=534.6mV(右电路)


PNb.GIF

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| 2020-2-17 10:03 | 显示全部楼层
厉害,佩服

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 楼主 | 2020-2-17 10:16 | 显示全部楼层
captzs 发表于 2020-2-17 09:41
正如版主所说,PN压降受许多因素影响。

3),当Vd>>0,且Vd>Vt时,上表达式简化为Id=Is[exp(Vd/Vt)],移项 ...

*),如果Is=ne-N式中的n1,可以四舍五入计算。要比较准确就要按比例修正,设n<1,则上述计算式修改为:
Vd(mV)=47.88(N+1-n)-10(16-N+n),例如1s=0.3e-12A,则,
Vd(mV)=47.88(12+1-0.3)-10(16-12+0.3)=608.1-43=565.1mV
如果n>1,则转换为n<1表达式再计算,实际上3e-130.3e-12等值,表达不同而已。
PNc.GIF

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| 2020-2-17 15:29 | 显示全部楼层
电表坏了吧。

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 楼主 | 2020-2-17 15:31 | 显示全部楼层
4),现在回头计算首帖,
BA223二极管的Is=8.1e-19=0.81e-18A,代入上式,
Vd(mV)=47.88(18+1-0.81)-10(16-18+0.81)=871+12=883mV
BA220二极管的Is=1.56e-7=0.156e-6A,代入,
Vd(mV)=47.88(6+1-0.156)-10(16-6+0.156)=328-102=226mV
这里有一个Emission coefficient系数,默认模式取1,所以BA223按照公式直接计算结果。但是BA220二极管的系数是1.68,计算结果要修正,Vd=226mV*1.68=380mV。与仿真接近,计算复杂,人脑就不如电脑。

PNd.GIF

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| 2020-2-17 21:32 | 显示全部楼层
我相信大部分人都是平常用的几种器件,早就测量过了,对于使用者来说不需要这么复杂的。

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 楼主 | 2020-2-17 22:42 | 显示全部楼层
嗟夫!已发四帖满茴字四写之数,安可再而超越孔乙己乎?

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