二極管的伏安特性曲線和二極管的參數(shù)詳解

　　二極管的單向?qū)щ娦允嵌O管的基本特點。
? ? ? ? 二極管還有另外的一些特性，其中有些特性是我們掌握電子電路工作而必須了解的知識。

　　電子器件的特性可以用幾種方法來描述，其一：對應(yīng)幾個不同電壓值的電流值進行列表。這些值都將在表中很清楚的表示出來。還有更好的方法就是使用圖示的方法，它比數(shù)據(jù)表格更直觀。

　　用得最為頻繁的就是伏-安特性曲線。電壓為橫軸，電流為縱軸。圖8-19表示出了100Ω電阻的伏-安特性曲線，原點是兩軸線的交點，在這點，電壓和電流的值都是零，即通過電阻的電壓值和電流值都是零，由歐姆定律有：

　　 I===0A

　　在橫軸為5V 處，曲線經(jīng)過的點對應(yīng)縱軸為50mA，通過觀察曲線，很容易的找到相應(yīng)電壓的電流值。例如在10V處電流為100 mA可以用歐姆定律驗證：

　　I===0.1A=100mA

　　在圖8-19中，通過反向延長線，我們可以獲得反向電壓對應(yīng)的電流值。反向電壓表示為VR而VF就表示正向電壓。電壓為-5V時，通過電阻的電流為-50mA 負號表示加在電阻兩端的電壓極性是反向的，因此電流也是反向的。正向電流用IF 表示，而反向電流用IR 表示。

　　電阻的特性曲線是一條直線，因此，它是一個線性器件。對電阻器特性曲線并不是必須的，我們可以通過歐姆定律很容易的得到任何點的數(shù)據(jù)。

　　例8-4

　　圖8-19中若電阻值是50Ω，特性曲線是怎樣的？

　　I===200mA

　　曲線將是一條過（0，0），（10，200），（-10，-200）的直線。因此50Ω的電阻對應(yīng)的曲線的斜率將比100Ω的電阻對應(yīng)的曲線斜率要大。

　　二極管比電阻復(fù)雜得多，它特性曲線不能通過簡單的線性方程得到。

　　數(shù)學(xué)上可以用下式近似表達成：當(dāng)UD ≥100mV時，近似為：

　　其中IS稱反向飽和電流，UD為二極管端電壓，T 為絕對溫度，，k 是玻爾茲曼常數(shù)（8.63×10-5eV/K=1.38×10-23J/K，J為焦耳，式中e電子電荷1.6×10－19庫侖），q是電子電荷數(shù)。

　　通常二極管的電流也寫成，其中，稱為熱電壓（Thermal Voltage）單位為伏。室溫即T=300K時，這是一個重要的數(shù)值，今后會經(jīng)常用到它。

　　圖8-20給出了典型PN-結(jié)型二極管的特性曲線。注意，它并不是線性的，電壓為零時，它不導(dǎo)通，直到有零點幾伏的電壓才能夠開始導(dǎo)通，這個電壓是用來抵消耗盡區(qū)的。通常鍺管導(dǎo)通要0.2V ，硅管導(dǎo)通要0.6V。圖8-20中也表明二極管加反向電壓時的情況，隨著反向電壓的增大，將有少量的反向電流產(chǎn)生，它是由少數(shù)載流子產(chǎn)生的漏電流，通常情況下是很小的。一般IR 軸以μA 作為單位，除非有很大的電壓加在二極管兩端，否則反向電流就沒有什么實際意義了。因此，通常VR軸以10V 或100V作為一個單位。

　　圖8-21比較了硅管和鍺管的特性曲線，我們很清楚看到，鍺管導(dǎo)通需要比較小的正向電壓，這也是它在低壓電路時的優(yōu)點。另外，可以看到，較硅管而言，給定任何電流，它的電壓降較小。由于鍺是一種較好的導(dǎo)體，所以流過正向電流時有較小的電阻。但是由于硅管的低價格和低漏電流，大多數(shù)情況下使用硅管。

　　圖8-21同樣也對硅管和鍺管在反偏壓情況下進行了比較，在合理的VR時，硅管的漏電流非常低，通常小于10－9A，而鍺管表現(xiàn)了較大的漏電流，可以達到微安級，但是若超過VR的臨界值，硅管的反向電流會有一個迅猛的變化，這就是反向擊穿電壓點。也被稱為雪崩電壓。當(dāng)載流子被加速并獲得足夠的能量與價電子碰撞，并使他們釋放，使得載流子產(chǎn)生“雪崩”。引起反向電流極大的增加。

? ? ? ? 硅管的雪崩電壓為50V-1000V，取決于制造工藝。如果反向電流在擊穿電壓下得不到限制，二極管就會毀壞。通過使用一個可承受安全電壓的二極管。可以避免產(chǎn)生雪崩。

　　圖8-22給出了利用二極管的V-A特性曲線觀察溫度對二極管的影響。溫度用℃表示，電路正常工作的溫度范圍可以是-50℃到100℃。在底端水銀會凝固，而高端即沸水的溫度。軍用的電路溫度范圍是-65℃到125℃。由于這個溫度范圍很大，因此在材料的選擇、產(chǎn)品的制作過程和測試都必須格外小心。故軍用級的器件比一般的工業(yè)和商業(yè)產(chǎn)品要貴得多。

　　通過觀察8-22的曲線，我們可以得出結(jié)論，提高溫度，硅的導(dǎo)電性變好。由于隨著溫度的增加，正向壓降會減小，它的阻抗也會因此而減小。這一點與硅的負溫度效應(yīng)相吻合。

　　1、伏安特性表達式

　　二極管是一個非線性器件，其伏安特性的數(shù)學(xué)表達式為

　　當(dāng)，且時，；

　　當(dāng)，且時，。

　　在室溫下，。

　　由此可看出二極管具有單向?qū)щ姷奶匦浴?/p>

　　2、伏安特性曲線

　　二極管的伏安特性曲線如圖1所示。

　　圖 1 二極管的伏安特性曲線

　　正向特性：小于死區(qū)電壓（硅管是0.5V，鍺管是0.1V）時，。正向部分的開始階段電流增加的比較慢。在電流比較大時，二極管兩端的電壓隨電流變化很小，稱為導(dǎo)通電壓（硅管：0.7V，鍺管：0.3V）。

　　反向特性：當(dāng)反向電壓，且小于時，，反向飽和電流很小。當(dāng)反向電壓的絕對值達到后，反向電流會突然增大，二極管反向擊穿。擊穿后，當(dāng)反向電流在很大范圍內(nèi)變化時，二極管兩端的電壓幾乎不變，擊穿后的反向特性有穩(wěn)壓性。

　　擊穿電壓低于4伏的擊穿主要是齊納擊穿；擊穿電壓大于6伏的擊穿為雪崩擊穿；擊穿電壓介于4伏與6伏之間時，兩種擊穿都可能發(fā)生，也可能同時發(fā)生。

　　二極管發(fā)生反向擊穿時，如果回路中的限流電阻能將反向電流限制在允許的范圍內(nèi)，二極管不會損壞。當(dāng)反向電壓降低后，管子仍可以恢復(fù)到原來的狀態(tài)，這就是電擊穿。如果限流電阻太小，使反向電流超過其允許值，則二極管會發(fā)生熱擊穿，造成永久性損壞。

　　3、溫度對二極管特性的影響

　　溫度升高時，二極管的正向伏安特性曲線左移，正向壓降減?。粶囟让可?℃，正向電壓降將降低2~2.5mV。

　　二極管的反向飽和電流也隨溫度的改變而改變，當(dāng)溫度每升高10 ℃左右時，反向飽和電流將將增大一倍。

　　擊穿電壓也受溫度的影響，擊穿電壓小于4伏時，有負的溫度系數(shù)；擊穿電壓大于6伏時，有正的溫度系數(shù)；擊穿電壓介于4伏與6伏之間時，溫度系數(shù)較小。

　　4、主要參數(shù)

　　二極管的主要參數(shù)有：①額定整流電流IF ；②反向擊穿電壓U（BR）；③最高允許反向工作電壓UR；④反向電流IR；⑤正向電壓降UF；⑥最高工作頻率fM。