二极管的单向导电特性图文详解

  二极管是诞生最早的半导体器件之一，几乎在所有的电子电路中，都会用到半导体二极管。
  从本质上看，二极管就是一个PN结加上电极和外壳封装而成的。所以，单向导电性是它最重要的特性。电路中的二极管，电流只能从正极流向负极。
  二极管的单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。
  二极管的电路符号如图1所示，箭头指示电流可通过的方向，也就是从P到N的方向。所以也可以认为这个箭头代表P区，是二极管的正极。箭头前的短线代表N区，是二极管的负极。一般在符号边上必须标出字母VD或D，表示这是二极管。
  为了正确地使用二极管，我们需要更详细地了解它的单向导电特性。下面通过简单的实验来说明二极管的正向特性和反向特性。

 
  一、二极管的正向特性
  在电子电路中，将二极管的正极接在高电位点，负极接在低电位点，这一状态叫做给二极管加“正向偏置”，或简称二极管“正偏”。这时二极管表现出的特性就是“正向特性”，亦即二极管正向应该是导通的。 假设现有一只硅材料二极管，接成如图2所示的测试电路，二极管就处于正向偏置，现在来研究加在二极管两端的电压和通过二极管的电流之间的关系，也称正向“伏安特性”   当正向电压从0伏开始逐渐升高，直至0.4V时，毫安表的指针都没有摆动，说明没有电流通过二极管。当正向电压加至0.5V左右时毫安表的指针才开始摆动，说明从此刻开始，才有很小的电流通过二极管。此后，继续增大正向电压，通过二极管的电流迅速增大，正向电压略微增加，电流就有很大的变化。当正向电压加至接近0.7V时，通过二极管的电流已经达到几十毫安，甚至几百毫安。这种规律可以用图3所示的曲线来表达。   我们把二极管开始导通时的电压（0.5V）称为“起始电压”（也有称之为“门坎电压”），把0~0.5V这一区域称作二极管的“死区”，表示虽然已经加入正向电压，但二极管还没有被激活，还是不导通的。
  为什么会存在“死区”呢？这是因为此时所加的正向电压很小，外电场强度还不足以克服内电场的影响，P区和N区的多数载流子还无法穿越PN结。 当正向电压超过0.5V后，外加电场抵消了PN结内电场影响，使多数载流子的扩散运动在外电场的支持下得以继续，所以开始有电流通过PN结。显然，正向电压继续增大，外加电场将使多数载流子得到更大的能量穿越PN结，形成更大的电流。
  当二极管的正向偏压接近0.7V时，内电场的影响已被大大削弱，可以通俗地理解为此时PN结的作用已消失，二极管相当于是一个电阻，充分导通了。这个时候如果继续提高正向电压，又没有限制电流的措施，二极管就会因为电流过大而损毁。
  如果将硅材料二极管换成锗材料的二极管，我们发现它的电流随电压变化的规律与硅二极管基本相同，差别在于“起始电压”值只有0.2V左右，而充分导通时，它的端电压只在0.3V左右。
 
  二、二极管的反向特性
  如果将二极管的正极接低电位点，负极接高电位点，这一状态叫做给二极管加“反向偏置”，简称二极管“反偏”。这时二极管表现出的特性就是“反向特性”。现在将一只硅材料二极管，接成如图4所示的电路，使二极管处于反向偏置，我们再来看看它的导电状态。  
  当外加电压从0V开始增大至几伏时，可以看到电流表有些微偏转，说明有微小电流通过二极管。然后将反向电压继续增大，在一段较大的变化范围内，这一小电流值并没有变化，我们称这一电流为二极管的“反向饱和电流”。由于反向电流非常小，大约只有几微安至几十微安，所以在分析电路时通常都将它忽略，认为二极管是截止的。这是因为外加反向电压与PN结内电场方向是一致的，外电场加强了内电场的影响，使PN结变得更厚了，多数载流子更是无法穿越PN结，只有极少量的少数载流子在外电场作用下通过PN结，形成极小的反向电流。
  值得注意的是，当反向电压继续增大，达到几十伏（或更高）时，电流表指示反向会电流急剧增大，且越来越大，以至在很短的时间里二极管就烧毁了。这种状态被称作二极管“反向击穿”，我们把开始出现击穿现象的电压值称为“反向击穿电压”。图5所示的曲线就表达了二极管的这一反向特性。  
  出现反向击穿的主要原因是：当反向电压很大时，在外电场和内电场共同作用下，PN结内共价键结构被“摧毁”，使大量原来被束缚的价电子在瞬间变成自由电子，载流子数量骤增，形成很大的电流。所以普通二极管不应该工作于击穿状态。
  不同材料组成的二极管，反向饱和电流大小不同，反向击穿电压的大小也不同。一般说来，硅材料二极管的反向饱和电流要比锗材料二极管小得多，而击穿电压则比锗材料二极管高一些。但同样材料的二极管由于制作工艺的差别，击穿电压值也会有很大不同，所以二极管的反向击穿电压在数值上是差异是很大的，使用中必须注意查看《手册》。
 
  三、二极管的伏安特性
  二极管的伏安特性是指将所测得的电流（ID）和电压（UD）数据，在ID－UD坐标中做出一系列相应的点，并把这些点连成一条光滑的曲线，该曲线即为二极管的伏安特性，如图6所示。有时也称为二极管的特性曲线。  
  由二极管的伏安特性可知，当二极管所加正向偏压比较小时，尚不能使之导通；只有当正向偏压超过起始电压USD时（硅管0.5V，锗管0.2V）二极管才开始导通。
  当二极管充分导通时，正向偏压值（或称管压降）只在0.7V（硅管）或0.3V（锗管）左右。
  当二极管加上反向偏压时，并没有完全截止，而是存在反向饱和电流，但电流值极小，通常将它忽略。
  当二极管所加的反向偏压超过反向击穿电压（UBR）时，将出现“反向击穿”，在瞬间产生很大的反向电流，二极管反向击穿往往造成PN结损毁。
  由上述可见，通过对二极管伏安特性的描述，使我们对二极管电流随电压变化的规律加深了认识，为今后分析二极管在电流中的工作状态，以及正确使用二极管都打下一定基础。
 
 
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