Diode Voorwaartsspanning Begrijpen: Sleutelconcepten & Toepassingen

De diode voorwaartsspanning verwijst naar de spanningsval die optreedt wanneer een elektrische stroom door een diode in een elektrisch circuit passeert. Het is doorgaans onafhankelijk van de hoeveelheid stroom die door de diode passeert, en zal hetzelfde zijn voor een gegeven familie van diodes. Voor siliciumdiodes, die doorgaans de meest voorkomende zijn, is de diode voorwaartsspanningsval ongeveer 0,7 volt (V).

Diodes Als Eenrichtingskleppen

Diodes zijn apparaten die elektrische stroom in één richting laten passeren, en kunnen daarom worden beschouwd als een soort eenrichtingsklep voor elektronen. Wanneer de elektronen in de juiste richting bewegen om door de diode te passeren, wordt de diode gezegd voorwaarts gepolariseerd te zijn. Daarom is de diode voorwaartsspanningsval ook bekend als de voorwaartse polarisatiespanningsval.

Werking Op Semiconductorniveau

Diodes werken door een klein beetje gedopeerd halfgeleidermateriaal tussen hun elektroden in te sluiten, die elektronen in één richting laten passeren maar niet in de andere. Dit materiaal heeft twee zones: de n-zone, rijk in negatief geladen elektronen, en de p-zone, arm aan elektronen. De p-zone kan worden gezien als positieve 'gaten' die elektronen uit de n-zone kunnen accepteren. Wanneer de twee zones samengebracht worden om een p-n overgang te vormen, overdragen elektronen van de n-zone naar de p-zone totdat alle beschikbare n-zone elektronen als stroomdragers opgebruikt zijn, en de p-n overgang een isolator wordt.

Als verse elektronen in de uitgeputte n-zone geïnjecteerd worden, terwijl ze uit de verzadigde p-zone verwijderd worden, zal elektrische stroom over de overgang vloeien. Dit gebeurt wanneer de diode voorwaarts gepolariseerd is. De elektronen moeten geduwd worden door een spanning met voldoende kracht om de p-n overgang te kruisen, en deze duw is de bron van de diode voorwaartsspanning, of voorwaartse polarisatiespanningsval.

Omgekeerde Polariteit

Als de polariteit van het circuit omgekeerd wordt, en de poging wordt gedaan om elektronen in de p-zone te injecteren terwijl ze uit de n-zone verwijderd worden, wordt de diode gezegd omgekeerd gepolariseerd te zijn en zal geen stroom vloeien. Als deze omgekeerde polarisatiespanning een bepaalde waarde overschrijdt – de maximale omgekeerde spanning – kan de diode faillen en grote stromen doorlaten, in een proces bekend als omgekeerde spanning doorbraak. De diode wordt dan permanent beschadigd.

Verschillende Diodetypes

Zoals aangegeven, hebben verschillende typen diodes verschillende voorwaartsspanningsval. De voorwaartsspanningsval van een eenvoudige lichtgevende diode (LED) kan variëren van 1,4 tot 4 V, afhankelijk van het type. Voor de Schottky-diode is de voorwaartsspanningsval meestal slechts 0,2 V.