二極管的單向導電特性圖文詳解

  二極管是誕生最早的半導體器件之一，幾乎在所有的電子電路中，都會用到半導體二極管。
  從本質上看，二極管就是一個PN結加上電極和外殼封裝而成的。所以，單向導電性是它最重要的特性。電路中的二極管，電流只能從正極流向負極。
  二極管的單向導電性，也就是在正向電壓的作用下，導通電阻很??；而在反向電壓作用下導通電阻極大或無窮大。
  二極管的電路符號如圖1所示，箭頭指示電流可通過的方向，也就是從P到N的方向。所以也可以認為這個箭頭代表P區(qū)，是二極管的正極。箭頭前的短線代表N區(qū)，是二極管的負極。一般在符號邊上必須標出字母VD或D，表示這是二極管。
  為了正確地使用二極管，我們需要更詳細地了解它的單向導電特性。下面通過簡單的實驗來說明二極管的正向特性和反向特性。

 
  一、二極管的正向特性
  在電子電路中，將二極管的正極接在高電位點，負極接在低電位點，這一狀態(tài)叫做給二極管加“正向偏置”，或簡稱二極管“正偏”。這時二極管表現出的特性就是“正向特性”，亦即二極管正向應該是導通的。 假設現有一只硅材料二極管，接成如圖2所示的測試電路，二極管就處于正向偏置，現在來研究加在二極管兩端的電壓和通過二極管的電流之間的關系，也稱正向“伏安特性”   當正向電壓從0伏開始逐漸升高，直至0.4V時，毫安表的指針都沒有擺動，說明沒有電流通過二極管。當正向電壓加至0.5V左右時毫安表的指針才開始擺動，說明從此刻開始，才有很小的電流通過二極管。此后，繼續(xù)增大正向電壓，通過二極管的電流迅速增大，正向電壓略微增加，電流就有很大的變化。當正向電壓加至接近0.7V時，通過二極管的電流已經達到幾十毫安，甚至幾百毫安。這種規(guī)律可以用圖3所示的曲線來表達。   我們把二極管開始導通時的電壓（0.5V）稱為“起始電壓”（也有稱之為“門坎電壓”），把0~0.5V這一區(qū)域稱作二極管的“死區(qū)”，表示雖然已經加入正向電壓，但二極管還沒有被激活，還是不導通的。
  為什么會存在“死區(qū)”呢？這是因為此時所加的正向電壓很小，外電場強度還不足以克服內電場的影響，P區(qū)和N區(qū)的多數載流子還無法穿越PN結。 當正向電壓超過0.5V后，外加電場抵消了PN結內電場影響，使多數載流子的擴散運動在外電場的支持下得以繼續(xù)，所以開始有電流通過PN結。顯然，正向電壓繼續(xù)增大，外加電場將使多數載流子得到更大的能量穿越PN結，形成更大的電流。
  當二極管的正向偏壓接近0.7V時，內電場的影響已被大大削弱，可以通俗地理解為此時PN結的作用已消失，二極管相當于是一個電阻，充分導通了。這個時候如果繼續(xù)提高正向電壓，又沒有限制電流的措施，二極管就會因為電流過大而損毀。
  如果將硅材料二極管換成鍺材料的二極管，我們發(fā)現它的電流隨電壓變化的規(guī)律與硅二極管基本相同，差別在于“起始電壓”值只有0.2V左右，而充分導通時，它的端電壓只在0.3V左右。
 
  二、二極管的反向特性
  如果將二極管的正極接低電位點，負極接高電位點，這一狀態(tài)叫做給二極管加“反向偏置”，簡稱二極管“反偏”。這時二極管表現出的特性就是“反向特性”。現在將一只硅材料二極管，接成如圖4所示的電路，使二極管處于反向偏置，我們再來看看它的導電狀態(tài)。  
  當外加電壓從0V開始增大至幾伏時，可以看到電流表有些微偏轉，說明有微小電流通過二極管。然后將反向電壓繼續(xù)增大，在一段較大的變化范圍內，這一小電流值并沒有變化，我們稱這一電流為二極管的“反向飽和電流”。由于反向電流非常小，大約只有幾微安至幾十微安，所以在分析電路時通常都將它忽略，認為二極管是截止的。這是因為外加反向電壓與PN結內電場方向是一致的，外電場加強了內電場的影響，使PN結變得更厚了，多數載流子更是無法穿越PN結，只有極少量的少數載流子在外電場作用下通過PN結，形成極小的反向電流。
  值得注意的是，當反向電壓繼續(xù)增大，達到幾十伏（或更高）時，電流表指示反向會電流急劇增大，且越來越大，以至在很短的時間里二極管就燒毀了。這種狀態(tài)被稱作二極管“反向擊穿”，我們把開始出現擊穿現象的電壓值稱為“反向擊穿電壓”。圖5所示的曲線就表達了二極管的這一反向特性。  
  出現反向擊穿的主要原因是：當反向電壓很大時，在外電場和內電場共同作用下，PN結內共價鍵結構被“摧毀”，使大量原來被束縛的價電子在瞬間變成自由電子，載流子數量驟增，形成很大的電流。所以普通二極管不應該工作于擊穿狀態(tài)。
  不同材料組成的二極管，反向飽和電流大小不同，反向擊穿電壓的大小也不同。一般說來，硅材料二極管的反向飽和電流要比鍺材料二極管小得多，而擊穿電壓則比鍺材料二極管高一些。但同樣材料的二極管由于制作工藝的差別，擊穿電壓值也會有很大不同，所以二極管的反向擊穿電壓在數值上是差異是很大的，使用中必須注意查看《手冊》。
 
  三、二極管的伏安特性
  二極管的伏安特性是指將所測得的電流（ID）和電壓（UD）數據，在ID－UD坐標中做出一系列相應的點，并把這些點連成一條光滑的曲線，該曲線即為二極管的伏安特性，如圖6所示。有時也稱為二極管的特性曲線。  
  由二極管的伏安特性可知，當二極管所加正向偏壓比較小時，尚不能使之導通；只有當正向偏壓超過起始電壓USD時（硅管0.5V，鍺管0.2V）二極管才開始導通。
  當二極管充分導通時，正向偏壓值（或稱管壓降）只在0.7V（硅管）或0.3V（鍺管）左右。
  當二極管加上反向偏壓時，并沒有完全截止，而是存在反向飽和電流，但電流值極小，通常將它忽略。
  當二極管所加的反向偏壓超過反向擊穿電壓（UBR）時，將出現“反向擊穿”，在瞬間產生很大的反向電流，二極管反向擊穿往往造成PN結損毀。
  由上述可見，通過對二極管伏安特性的描述，使我們對二極管電流隨電壓變化的規(guī)律加深了認識，為今后分析二極管在電流中的工作狀態(tài)，以及正確使用二極管都打下一定基礎。
 
 
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