20、二极管：原理、设计与应用

二极管：原理、设计与应用

1. 常见二极管的正向压降

不同类型的二极管具有不同的正向压降，具体如下表所示：
| 二极管类型 | 正向压降 (V) |
| — | — |
| Ge | 0.25 |
| Si | 0.6 |
| GaAs | 1.0 |
| InGaN | 3.0 |

当二极管施加反向电压时，电势会变得很高。在某个特定值时，会发生击穿现象，此时二极管开始导通。这并非器件故障，而是一种新的工作模式。在这个过程中，电子从价带中被释放出来，它们原本在价带中受到空间限制，一旦获得自由，就会加速并获得足够的能量，以雪崩的方式释放其他电子。

在常见电路中，当出现这种情况时，产生的电流通常很大，二极管上的欧姆损耗会导致其损坏。所有二极管都有功率额定值，即它们能够承受的最大功率 (P_{max})。在反向电压下，(P_{max}=V_{br}I_{br})。例如，对于 1N4002 二极管，最大功率 (P_{max}=1W)，在正向压降为 1V 时，大约对应 1A 的电流。它的反向击穿电压 (V_{br}=100V)，所以当反向偏置电压达到该值时，二极管在 10mA 的电流下就会达到 (P_{max})，而这个电流值很容易达到并超过。

2. 二极管电路设计

2.1 负载线法

负载线法是一种通过图形方式求解方程的方法，常用于设计包含非线性元件的电路，因为这些元件的 (I - V) 特性无法通过解析方法得知。

考虑一个电路，其中电压源 (V_0) 与电阻 (R) 和负载串联。假设负载的 (I - V) 曲线为 (I = f(V))，同时根