二极管的伏安特性曲线和二极管的参数详解

　　二极管的单向导电性是二极管的基本特点。
        二极管还有另外的一些特性，其中有些特性是我们掌握电子电路工作而必须了解的知识。

　　电子器件的特性可以用几种方法来描述，其一：对应几个不同电压值的电流值进行列表。这些值都将在表中很清楚的表示出来。还有更好的方法就是使用图示的方法，它比数据表格更直观。

　　用得最为频繁的就是伏-安特性曲线。电压为横轴，电流为纵轴。图8-19表示出了100Ω电阻的伏-安特性曲线，原点是两轴线的交点，在这点，电压和电流的值都是零，即通过电阻的电压值和电流值都是零，由欧姆定律有：

　　 I===0A

　　在横轴为5V 处，曲线经过的点对应纵轴为50mA，通过观察曲线，很容易的找到相应电压的电流值。例如在10V处电流为100 mA可以用欧姆定律验证：

　　I===0.1A=100mA

　　在图8-19中，通过反向延长线，我们可以获得反向电压对应的电流值。反向电压表示为VR而VF就表示正向电压。电压为-5V时，通过电阻的电流为-50mA 负号表示加在电阻两端的电压极性是反向的，因此电流也是反向的。正向电流用IF 表示，而反向电流用IR 表示。

　　电阻的特性曲线是一条直线，因此，它是一个线性器件。对电阻器特性曲线并不是必须的，我们可以通过欧姆定律很容易的得到任何点的数据。

　　例8-4

　　图8-19中若电阻值是50Ω，特性曲线是怎样的？

　　I===200mA

　　曲线将是一条过（0，0），（10，200），（-10，-200）的直线。因此50Ω的电阻对应的曲线的斜率将比100Ω的电阻对应的曲线斜率要大。

　　二极管比电阻复杂得多，它特性曲线不能通过简单的线性方程得到。

　　数学上可以用下式近似表达成：当UD ≥100mV时，近似为：

　　其中IS称反向饱和电流，UD为二极管端电压，T 为绝对温度，，k 是玻尔兹曼常数（8.63×10-5eV/K=1.38×10-23J/K，J为焦耳，式中e电子电荷1.6×10－19库仑），q是电子电荷数。

　　

　　通常二极管的电流也写成，其中，称为热电压（Thermal Voltage）单位为伏。室温即T=300K时，这是一个重要的数值，今后会经常用到它。

　　图8-20给出了典型PN-结型二极管的特性曲线。注意，它并不是线性的，电压为零时，它不导通，直到有零点几伏的电压才能够开始导通，这个电压是用来抵消耗尽区的。通常锗管导通要0.2V ，硅管导通要0.6V。图8-20中也表明二极管加反向电压时的情况，随着反向电压的增大，将有少量的反向电流产生，它是由少数载流子产生的漏电流，通常情况下是很小的。一般IR 轴以μA 作为单位，除非有很大的电压加在二极管两端，否则反向电流就没有什么实际意义了。因此，通常VR轴以10V 或100V作为一个单位。

　　图8-21比较了硅管和锗管的特性曲线，我们很清楚看到，锗管导通需要比较小的正向电压，这也是它在低压电路时的优点。另外，可以看到，较硅管而言，给定任何电流，它的电压降较小。由于锗是一种较好的导体，所以流过正向电流时有较小的电阻。但是由于硅管的低价格和低漏电流，大多数情况下使用硅管。

　　图8-21同样也对硅管和锗管在反偏压情况下进行了比较，在合理的VR时，硅管的漏电流非常低，通常小于10－9A，而锗管表现了较大的漏电流，可以达到微安级，但是若超过VR的临界值，硅管的反向电流会有一个迅猛的变化，这就是反向击穿电压点。也被称为雪崩电压。当载流子被加速并获得足够的能量与价电子碰撞，并使他们释放，使得载流子产生“雪崩”。引起反向电流极大的增加。

　　

        硅管的雪崩电压为50V-1000V，取决于制造工艺。如果反向电流在击穿电压下得不到限制，二极管就会毁坏。通过使用一个可承受安全电压的二极管。可以避免产生雪崩。

　　图8-22给出了利用二极管的V-A特性曲线观察温度对二极管的影响。温度用℃表示，电路正常工作的温度范围可以是-50℃到100℃。在底端水银会凝固，而高端即沸水的温度。军用的电路温度范围是-65℃到125℃。由于这个温度范围很大，因此在材料的选择、产品的制作过程和测试都必须格外小心。故军用级的器件比一般的工业和商业产品要贵得多。

　　通过观察8-22的曲线，我们可以得出结论，提高温度，硅的导电性变好。由于随着温度的增加，正向压降会减小，它的阻抗也会因此而减小。这一点与硅的负温度效应相吻合。

　　

　　1、伏安特性表达式

　　二极管是一个非线性器件，其伏安特性的数学表达式为

　　

　　当，且时，；

　　当，且时，。

　　在室温下，。

　　由此可看出二极管具有单向导电的特性。

　　2、伏安特性曲线

　　二极管的伏安特性曲线如图1所示。

　　

　　图 1 二极管的伏安特性曲线

　　正向特性：小于死区电压（硅管是0.5V，锗管是0.1V）时，。正向部分的开始阶段电流增加的比较慢。在电流比较大时，二极管两端的电压随电流变化很小，称为导通电压（硅管：0.7V，锗管：0.3V）。

　　反向特性：当反向电压，且小于时，，反向饱和电流很小。当反向电压的绝对值达到后，反向电流会突然增大，二极管反向击穿。击穿后，当反向电流在很大范围内变化时，二极管两端的电压几乎不变，击穿后的反向特性有稳压性。

　　击穿电压低于4伏的击穿主要是齐纳击穿；击穿电压大于6伏的击穿为雪崩击穿；击穿电压介于4伏与6伏之间时，两种击穿都可能发生，也可能同时发生。

　　二极管发生反向击穿时，如果回路中的限流电阻能将反向电流限制在允许的范围内，二极管不会损坏。当反向电压降低后，管子仍可以恢复到原来的状态，这就是电击穿。如果限流电阻太小，使反向电流超过其允许值，则二极管会发生热击穿，造成永久性损坏。

　　3、温度对二极管特性的影响

　　温度升高时，二极管的正向伏安特性曲线左移，正向压降减小；温度每升高1℃，正向电压降将降低2~2.5mV。

　　二极管的反向饱和电流也随温度的改变而改变，当温度每升高10 ℃左右时，反向饱和电流将将增大一倍。

　　击穿电压也受温度的影响，击穿电压小于4伏时，有负的温度系数；击穿电压大于6伏时，有正的温度系数；击穿电压介于4伏与6伏之间时，温度系数较小。

　　4、主要参数

　　二极管的主要参数有：①额定整流电流IF ；②反向击穿电压U（BR）；③最高允许反向工作电压UR；④反向电流IR；⑤正向电压降UF；⑥最高工作频率fM。