二極管的伏安特性曲線

好了，前面的就算不懂也沒(méi)關(guān)系，真正的模擬電路從這里開始。要使用二極管做電路設(shè)計(jì)，第一件事就是掌握二極管的伏安特性曲線。

1.?? 完整的二極管伏安特性曲線

圖 1-3.01?

二級(jí)管的完整伏安特性如上圖所示（為表示方便，圖中橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)在正半軸和負(fù)半軸的尺度是不一樣的），說(shuō)明如下：

（1） 在正偏時(shí)，當(dāng)VD很小時(shí)，電流接幾乎為0。當(dāng)VD增大到一定閾值后（圖中為0.7V左右），電流開始極快地以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)（毫安級(jí)）。

（2） 在反偏時(shí)，反向飽和電流IS維持一個(gè)很小值（微安級(jí)），不隨反偏電壓變化。但是當(dāng)反偏電壓達(dá)到反向峰值電壓PIV時(shí)，二極管反向擊穿，反向電流急速增長(zhǎng)。

上面的曲線也可以用公式來(lái)描述，稱為肖克利方程：

其中各參數(shù)說(shuō)明如下：

● IS是反向飽和電流，一般通過(guò)查二極管的數(shù)據(jù)規(guī)格書得到，典型值在10-15~10-13A之間；

● VD是偏置電壓，正偏時(shí)為正，反偏時(shí)為負(fù)；

● n為理想因子，其值范圍可取1~2，一般我們?nèi)?；

● VT為熱電壓，一般在常溫下約為26mV。

雖然肖克利方程提供了計(jì)算二極管電流值的方法，不過(guò)一般在實(shí)際中我們不太會(huì)真用它去計(jì)算，因?yàn)楦鶕?jù)二極管實(shí)際的伏安特性曲線和根據(jù)理論計(jì)算出的值有較大差距，見(jiàn)下圖所示：

圖 1-3.02?

所以一般我們都是以二極管的數(shù)據(jù)規(guī)格書提供的實(shí)際數(shù)據(jù)和曲線為準(zhǔn)。

2.?? 溫度影響

做實(shí)際的工程項(xiàng)目與學(xué)校里做解題最大的區(qū)別就是，實(shí)際的工程中，你必須要考慮各種復(fù)雜的環(huán)境因素的影響。如果產(chǎn)品出了問(wèn)題，客戶和老板可不會(huì)跟你理論，結(jié)果錯(cuò)就是全錯(cuò)，中間過(guò)程對(duì)是沒(méi)有分?jǐn)?shù)的，這點(diǎn)一定要時(shí)刻清醒記得。

對(duì)半導(dǎo)體元器件來(lái)講，最重要的一個(gè)影響性能的因素就是溫度，溫度對(duì)二極管伏安特性的影響可見(jiàn)下圖：

圖 1-3.03?

當(dāng)溫度升高，二極管正偏的導(dǎo)通閾值電壓會(huì)降低，而反偏電流會(huì)增大，反向擊穿電壓也增大。

當(dāng)溫度降低，二極管的正偏導(dǎo)通閾值電壓會(huì)升高，反偏電流會(huì)減小，反向擊穿電壓也減小。

所以，在電子電路設(shè)計(jì)時(shí)，你必須要考慮讓你的線路在所有可能的工作溫度下都工作正常。不要以為你設(shè)計(jì)的產(chǎn)品通常都會(huì)工作在常溫下，對(duì)于有些散熱條件不是很好的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，局部溫度上升到65度以上都是有可能的；如果是在北方地區(qū)室外使用，工作溫度降低到0度以下也是經(jīng)常的事。

不僅二極管，以后的三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、集成運(yùn)放，甚至數(shù)字芯片，你也都要考慮一下溫度條件的影響。

3.?? 簡(jiǎn)化的二極管伏安特性曲線

當(dāng)然，做實(shí)際工程設(shè)計(jì)也并不是一味的要求更復(fù)雜，有時(shí)后也可以簡(jiǎn)化。對(duì)二級(jí)管來(lái)說(shuō)，在要求不太嚴(yán)格、使用裕量還挺大的情況下，就可以做如下簡(jiǎn)化：

圖 1-3.04?

后面在講解二極管應(yīng)用電路時(shí)，我們會(huì)經(jīng)常使用這一簡(jiǎn)化模型。

有時(shí)為方便初步分析，還會(huì)使用一種更粗糙的簡(jiǎn)化模型曲線，如下圖所示：

圖 1-3.05?

上面這個(gè)稱為二極管的理想等效模型，等于是將二極管看成是一個(gè)單向開關(guān)了：正偏時(shí)二極管導(dǎo)通，反偏時(shí)二極管關(guān)斷，在正偏導(dǎo)通時(shí)二級(jí)管上沒(méi)有壓降，在反偏時(shí)也沒(méi)有反向飽和電流。