二极管主要特性及伏安特性曲线

本文介绍了二极管的工作特性,包括正向特性、反向特性、击穿特性和频率特性。在正向电压超过一定阈值时,二极管导通;反向电压下,电流维持在反向饱和电流水平;当反向电压过高,会发生反向击穿;而高频条件下,二极管的结电容可能导致单向导电性丧失。

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1、正向特性

另在二极管两端的正向电压(P为正、N为负)很小时(锗管小于0.1伏,硅管小于0.5伏),管子不导通处于“死区”状态,当正向电压起过一定数值后,管子才导通,电压再稍微增大,电流急剧暗加(见曲线I段)。不同材料的二极管,起始电压不同,硅管为0.5-.7伏左右,锗管为0.1-0.3左右。

2、反向特性

二极管两端加上反向电压时,反向电流很小,当反向电压逐渐增加时,反向电流基本保持不变,这时的电流称为反向饱和电流(见曲线II段)。不同材料的二极管,反向电流大小不同,硅管约为1微安到几十微安,锗管则可高达数百微安,另外,反向电流受温度变化的影响很大,锗管的稳定性比硅管差。

3、击穿特性

当反向电压增加到某一数值时,反向电流急剧增大,这种现象称为反向击穿(见曲线III)。这时的反向电压称为反向击穿电压,不同结构、工艺和材料制成的管子,其反向击穿电压值差异很大,可由1伏到几百伏,甚至高达数千伏。

4、频率特性

由于结电容的存在,当频率高到某一程度时,容抗小到使PN结短路。导致二极管失去单向导电性,不能工作,PN结面积越大,结电容也越大,越不能在高频情况下工作。

二极管最主要的特性是单向导电性,其伏安特性曲线如图1所示:


 

 


 

通常,锗材料二极管
### 二极管伏安特性曲线原理及应用 #### 1. 伏安特性曲线的定义 伏安特性曲线是一种描述电子元件(如二极管)电气行为的重要工具,通常以电流 \( I \) 为纵坐标,电压 \( U \) 为横坐标绘制而成[^1]。对于二极管而言,其伏安特性曲线反映了正向偏置和反向偏置条件下电流与电压之间的关系。 #### 2. 正向特性 在正向偏置条件下,当施加在二极管上的电压较低时,PN结的内建电场会阻止电流流动,此时电流非常小。随着电压逐渐增加,超过一定阈值(硅二极管约为0.7V,锗二极管约为0.3V),二极管开始导通,电流迅速增大[^5]。这种特性使得二极管可以用作开关或整流元件[^4]。 #### 3. 反向特性反向偏置条件下,二极管中的电流主要由少数载流子决定,因此电流非常小,称为反向饱和电流。然而,当反向电压增加到某一临界值 \( V_{BR} \) 时,二极管会发生反向击穿,电流急剧增大[^3]。根据材料的不同,硅二极管反向击穿特性较陡,而锗二极管则较为平缓[^5]。 #### 4. 特殊应用 - **稳压二极管**:利用二极管反向击穿特性设计而成,能够在特定电压范围内提供稳定的电压输出。 - **整流二极管**:用于将交流电转换为直流电,适用于低频电路中[^4]。 - **光电二极管**:通过吸收光能产生电流,广泛应用于光信号检测和转换[^2]。 #### 5. 设计与选型注意事项 在实际电路设计中,选择合适的二极管需要综合考虑其类型、型号、参数以及封装形式。例如,最大整流电流和最高反向工作电压是整流二极管选型时的重要指标。 ```python # 示例代码:模拟二极管伏安特性曲线 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 参数设置 voltage = np.linspace(-1, 1, 500) # 电压范围 isaturation = 1e-9 # 反向饱和电流 vt = 0.026 # 热电压 # 二极管电流公式 current = isaturation * (np.exp(voltage / vt) - 1) # 绘制伏安特性曲线 plt.figure(figsize=(8, 6)) plt.plot(voltage, current, label="Diode IV Curve") plt.axhline(0, color='black', linewidth=0.5, linestyle='--') plt.axvline(0, color='black', linewidth=0.5, linestyle='--') plt.title("Diode Voltage-Current Characteristics") plt.xlabel("Voltage (V)") plt.ylabel("Current (A)") plt.legend() plt.grid(True) plt.show() ```
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