¿Por qué hay una reducción en el voltaje después del diodo?

Qué

La caída de voltaje es una característica fundamental de las uniones de semiconductores de silicio dopado con polarización directa. Hay diodos con una caída de voltaje más pequeña, pero todos los diodos tendrán una caída de voltaje.

Puedes ver un gráfico de las características de los diodos, pero todo lo que te dice es que Vd existe, no why

Porqué

Paraentenderestoendetalle,necesitaleersobrefísicadesemiconductores.Consulte caída de voltaje de la unión PN

La forma en que lo pienso es la siguiente:

Debido al dopaje del silicio, los electrones "libres" se difunden desde la región de tipo n adyacente a la unión. Estos electrones se combinan con agujeros en la región tipo p. Esto deja una "zona de agotamiento" que carece de portadores y por lo tanto es aislante. Para conducir la corriente a través de esa región, debe aplicar un campo eléctrico para crear una fuerza que mueva a los transportistas a la región de agotamiento. Este campo eléctrico a través de la unión es lo que medimos como voltaje en la unión.

^{De Wikipedia}

  

¿Puede alguien explicarme por qué es así?

Así es como un diode se comporta en dirección hacia adelante, la caída de tensión directa depende de la corriente a través del diodo y puede se puede ver en el siguiente gráfico en la hoja de datos

En la imagen del lado derecho no hay salida de voltaje porque el diodo está conectado en la dirección inversa, por lo que no hay corriente a través de él (excepto por una corriente de fuga despreciable)

Puede leer la hoja de datos o comprender la física, pero aquí está la explicación intuitiva: un diodo proporciona una barrera para el flujo de carga en una dirección. El diodo debe "saber" de alguna manera que el flujo va en la dirección correcta, por lo que debe observar ese flujo. La única forma en que el diodo puede observar el flujo es dejar que el flujo haga un poco de trabajo en el diodo para ver que el flujo está empujando en la dirección correcta. Desde que se realizó el trabajo, parte de la energía se convierte en calor en el diodo, y esto se manifiesta como un voltaje reducido en la salida.

Una analogía: puede medir la dirección del flujo de aire que pasa por un automóvil al sacar la mano por la ventana. Sin embargo, hacerlo necesariamente significa que introducirá una resistencia adicional, ya sea ralentizando el automóvil o quemando más gasolina.

Otra analogía: válvulas de retención realizan una función similar a los diodos para flujos de fluidos. Un diseño simple es una bola empujada contra una junta por un resorte:

Unflujoenladirección"incorrecta" simplemente empuja la bola contra la junta con más fuerza, pero un flujo en la dirección "correcta" se opone al resorte y empuja la bola lejos de la junta, permitiendo que el fluido fluya:

Sinembargo,mantenerlabolaabiertacontralafuerzadelresorterequiereunaentradadeenergíaconstante,yestosemanifiestacomounapresiónreducidaenelladodesalidadelaválvuladeretención,representadaaquícomouncolorazulmásclaro.

Aunquelafísicadeundiodoesdiferente,elconceptoeselmismo:hayunabarrera,empujarlaenladirecciónincorrectalamantienecerrada,empujarlalosuficientementefuerteenlaotradirección,laabreyseutilizaalgodeenergíaenlaproceso.

Siintroducecomponenteselectrónicosactivos,esposiblereducirarbitrariamentelacaídadevoltajedeundiodo.Estosedenomina rectificador de precisión , y se realiza comúnmente con un amplificador operacional:

Para entender esto correctamente, debe incluir su multímetro en el esquema. Digamos que su multímetro tiene una resistencia de 10 millones de ohmios. (La cifra exacta no importa, pero generalmente es muy grande).

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Tenemos un circuito completo que consiste en la fuente de voltaje, el diodo y la resistencia interna del multímetro. (Supondremos que el medidor real VM1 tiene una resistencia casi infinita, por lo que R1 determina la resistencia del medidor).

De todos modos, cuando el diodo está basado en el avance, la corriente fluye a través de D1 y R1. De acuerdo con el comportamiento del diodo, D1 tiene una caída hacia adelante, que para un diodo de silicio puede estar cerca de 0.6V. Y así, la medición registrada por el medidor VM1 es aproximadamente 5V menos eso.

Si hacemos una inversión inversa del diodo, entonces casi no hay flujos de corriente. El diodo se ve casi como un circuito abierto, excepto por una fuga a través del diodo que se mide en nanoamperios (o menos). En otras palabras, solo un pequeño goteo de corriente fluye a través de D1 y R1; al lado de nada.

El voltaje medido en la parte superior de R1 proviene de la Ley de Ohm: V = IR: la corriente a través de R1 multiplicada por la resistencia de R1.

Si la corriente a través de R1 es 1 nA (nano-amperio), el voltaje es:

$$ \ left (1 \ times 10 ^ {- 9} \ text {A} \ right) \ times \ left (1 \ times10 ^ {7} \ Omega \ right) = 1 \ times 10 ^ {- 2} \ text {V} = 10 \ text {mV} $$

Con estas suposiciones (que saqué del aire), hay un pequeño voltaje.

Cuando tenga el diodo con polarización inversa, intente usar las escalas de voltaje más pequeñas disponibles en su medidor: obtenga el voltaje con una precisión de fracción de milivoltios. Puede descubrir que no es exactamente cero, debido a la pequeña fuga de corriente que se filtra a través de la resistencia interna de su medidor.