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二极管的电压-电流特性

发布时间:2011/12/13 10:35:34 访问次数:10872

     就你目前所知,正向偏压会让电流通过二极管,而反向偏压基本上会阻止电流的通过,除了很小可忽略的反向电流。如果反向偏压不会等于或超过PN结的击穿电压,则反向偏压通常会阻止电流的通过。在这一节中,我们会以图形的方式,更详细地说明二极管的电压和电流关系。
    在学习完本节的内容后,你应该能够:分析二极管的电压一电流(V-I)特性曲线图;解释电压一电流(V-I)特性曲线图正向偏压部分的特性;解释电压一电流(V-I)特性曲线图反向偏压部分的特性;指出门槛的特性;指出反向击穿电压的特性;参与讨论有关温度对二极管的影响。
    1.正向偏压下的电压一电流特性
    对二极管施加正向偏压就会产生电流。这个电流称为正向电流(forward current),以J,表示。图1.26显示当正向偏压从OV开始增加时,所产生的现象。图中的电阻是用来限制正向电流的大小,以免让二极管过热而损害。
    当二极管两端的电压为OV时,并不会产生正向电流。E2003 当逐渐增加正向偏压后,正向电流和二极管两端的电压也会逐渐增加,如图1.26(a)所示。此时正向偏压有部分会损耗在限流电阻上面。当正向偏压螬加到二极管两端的电压成为0. 7V(门槛电压)时,正向电流就开始快速增加,如图1.26(b)所示。

           
    当你持续增加正向偏压,电流也会持续快速的增加,但是二极管两端的电压只是从0. 7V逐渐向上增加而已。二极管的电压在门槛电压上,只会有微幅增加的现象,是因为半导体材料的动态阻抗产生的电压降造成。
    (1)电压一电流曲线图解
    如果你将图1.26的各种测量结果以图形绘出,你会得到正向偏压下二极管的电压一电流特性曲线图,如图1.27(a)所示。二极管的正向偏压(VF)朝右沿着水平轴方向增加,而正向电流(IF)则是沿着垂直轴方向向上增加。
    可从图1.27(a)看出,正向电流一直增加的很慢,直到PN结两端的正向电压达到曲线上膝点处的电压(大约0. 7V)时,正向电流才大幅度地增加。在此点以后,正向电压仍然大约保持在0.7V左右,但是正向电流IF却快速增加。如前面所述,电压在0. 7V以上只微幅增加,但是电流增加得很快,这主要的是因为动态阻抗所产生的电压降。在正常正向偏压下的二极管,一般所施加的偏压都高于曲线膝点处的电压值一般的单位是毫安(mA),如图1.27所示。
    图1.27(a)中的曲线上表示有三个点A、B和C。点A对应于零偏压的状况。点B则对应于图1.26(a)中正向偏压小于门槛电压0. 7V的状况。点C则对应于图1.26(b)中正向偏压大约等于门槛电压的状况。当外加偏压和正向电流在曲线膝点之上持续增加时,正向电压只会比0. 7V微幅增加。实际上,正向偏压大约最多增加到约0. 90V的程度,这是按照正问电流的大小而定。

               
    (2)动态阻抗
    与线性阻抗不同,正向偏压下二极管的阻抗值在整个曲线上,并不是定值。因为当你沿着电压一电流曲线移动的时候,阻抗值是随着曲线变化,因此称之为动态阻抗(dynamic resistance)或者交流阻抗(AC resistance)。电子元件的内部阻抗通常是以斜体小写字母r,加上一撇表示,而不是标准的大写R。而二极管的动态阻抗以rd'表示。
    在曲线膝点以下的阻抗值很大,这是因为当电压增大(rd'=△VF/△IF)时,电流增加很少。在曲线膝点部分,阻抗值开始减少,到膝点以上的阻抗值成为最小值,这是因为微小的电压变动就会产生很大的电流变化。
   2.反向偏压下的电压一电流特性
    在二极管两端施加反向偏压,只会有很小的反向电流(IR)通过PN结。当二极管两端的偏压为OV时,就不会有反向电流存在。逐渐增加反向偏压,就会在二极管两端之间出现很小的反向电流,而=极管两端的电压也逐渐增加。当施加的反向偏压值(VR)达到击穿电压(VBR)时,反向电流开始大量产生。
    当你持续增加偏压值时,电流也持续快速增加,但是二极管两端的电压在达到VBR后,电压就增加缓慢。除非为了特殊需要,击穿电压对大部分具有PN结的元件,并不是一般正常的动作情况。
    如果你将反向偏压下的各种测量值绘成图形,就可以得出在反向偏压下二极管的电压一电流曲线的图形。标准的曲线图显示在图1.28中。二极管的反向偏压(VR)是沿着水平轴向左方增加,而反向电流(IR)则是沿着垂直轴向下方增加。

                         
    在开始施加反向偏压时,只有很小的反向电流存在(通常只有几毫安或纳[诺]安),直到二极管的反向偏压大约与曲线膝点的击穿电压(VBR)相等时,反向电流才会大幅增加。在超过此点后,反向电压大约仍保持在VBR的电压值附近,但是IR增加得很快,造成过热而且可能损坏二极管。标准硅二极管的击穿电压并不是定值,但是一般最少也有50V。
   3.二极管完整的电压一电流特性曲线
    将正向偏压和反向偏压的曲线图合并,就可得出二极管完整的电压一电流特性曲线,如图1. 29所示。值得注意的是,正向电流的大小约为几毫安(mA),相对于反向电流的大小就只有几微安(μA)。

                 
    对于正向偏压下的二极管,当温度升高,在一定的正向偏压下,正向电流会增加。当然,对于一定的正向电流,则正向电压会降低(参见图1.30),值得注意的是,当温度升高的时候,门槛电压则会降低。

               
    对于反向偏压下的二极管,当温度升高的时候,反向电流也增加。在图1.30中,两个曲线的差别已经放大,这是为了便于说明。请记住,在击穿电压以内的反向电流仍然很小,而一般予以忽略。


 


 

     就你目前所知,正向偏压会让电流通过二极管,而反向偏压基本上会阻止电流的通过,除了很小可忽略的反向电流。如果反向偏压不会等于或超过PN结的击穿电压,则反向偏压通常会阻止电流的通过。在这一节中,我们会以图形的方式,更详细地说明二极管的电压和电流关系。
    在学习完本节的内容后,你应该能够:分析二极管的电压一电流(V-I)特性曲线图;解释电压一电流(V-I)特性曲线图正向偏压部分的特性;解释电压一电流(V-I)特性曲线图反向偏压部分的特性;指出门槛的特性;指出反向击穿电压的特性;参与讨论有关温度对二极管的影响。
    1.正向偏压下的电压一电流特性
    对二极管施加正向偏压就会产生电流。这个电流称为正向电流(forward current),以J,表示。图1.26显示当正向偏压从OV开始增加时,所产生的现象。图中的电阻是用来限制正向电流的大小,以免让二极管过热而损害。
    当二极管两端的电压为OV时,并不会产生正向电流。E2003 当逐渐增加正向偏压后,正向电流和二极管两端的电压也会逐渐增加,如图1.26(a)所示。此时正向偏压有部分会损耗在限流电阻上面。当正向偏压螬加到二极管两端的电压成为0. 7V(门槛电压)时,正向电流就开始快速增加,如图1.26(b)所示。

           
    当你持续增加正向偏压,电流也会持续快速的增加,但是二极管两端的电压只是从0. 7V逐渐向上增加而已。二极管的电压在门槛电压上,只会有微幅增加的现象,是因为半导体材料的动态阻抗产生的电压降造成。
    (1)电压一电流曲线图解
    如果你将图1.26的各种测量结果以图形绘出,你会得到正向偏压下二极管的电压一电流特性曲线图,如图1.27(a)所示。二极管的正向偏压(VF)朝右沿着水平轴方向增加,而正向电流(IF)则是沿着垂直轴方向向上增加。
    可从图1.27(a)看出,正向电流一直增加的很慢,直到PN结两端的正向电压达到曲线上膝点处的电压(大约0. 7V)时,正向电流才大幅度地增加。在此点以后,正向电压仍然大约保持在0.7V左右,但是正向电流IF却快速增加。如前面所述,电压在0. 7V以上只微幅增加,但是电流增加得很快,这主要的是因为动态阻抗所产生的电压降。在正常正向偏压下的二极管,一般所施加的偏压都高于曲线膝点处的电压值一般的单位是毫安(mA),如图1.27所示。
    图1.27(a)中的曲线上表示有三个点A、B和C。点A对应于零偏压的状况。点B则对应于图1.26(a)中正向偏压小于门槛电压0. 7V的状况。点C则对应于图1.26(b)中正向偏压大约等于门槛电压的状况。当外加偏压和正向电流在曲线膝点之上持续增加时,正向电压只会比0. 7V微幅增加。实际上,正向偏压大约最多增加到约0. 90V的程度,这是按照正问电流的大小而定。

               
    (2)动态阻抗
    与线性阻抗不同,正向偏压下二极管的阻抗值在整个曲线上,并不是定值。因为当你沿着电压一电流曲线移动的时候,阻抗值是随着曲线变化,因此称之为动态阻抗(dynamic resistance)或者交流阻抗(AC resistance)。电子元件的内部阻抗通常是以斜体小写字母r,加上一撇表示,而不是标准的大写R。而二极管的动态阻抗以rd'表示。
    在曲线膝点以下的阻抗值很大,这是因为当电压增大(rd'=△VF/△IF)时,电流增加很少。在曲线膝点部分,阻抗值开始减少,到膝点以上的阻抗值成为最小值,这是因为微小的电压变动就会产生很大的电流变化。
   2.反向偏压下的电压一电流特性
    在二极管两端施加反向偏压,只会有很小的反向电流(IR)通过PN结。当二极管两端的偏压为OV时,就不会有反向电流存在。逐渐增加反向偏压,就会在二极管两端之间出现很小的反向电流,而=极管两端的电压也逐渐增加。当施加的反向偏压值(VR)达到击穿电压(VBR)时,反向电流开始大量产生。
    当你持续增加偏压值时,电流也持续快速增加,但是二极管两端的电压在达到VBR后,电压就增加缓慢。除非为了特殊需要,击穿电压对大部分具有PN结的元件,并不是一般正常的动作情况。
    如果你将反向偏压下的各种测量值绘成图形,就可以得出在反向偏压下二极管的电压一电流曲线的图形。标准的曲线图显示在图1.28中。二极管的反向偏压(VR)是沿着水平轴向左方增加,而反向电流(IR)则是沿着垂直轴向下方增加。

                         
    在开始施加反向偏压时,只有很小的反向电流存在(通常只有几毫安或纳[诺]安),直到二极管的反向偏压大约与曲线膝点的击穿电压(VBR)相等时,反向电流才会大幅增加。在超过此点后,反向电压大约仍保持在VBR的电压值附近,但是IR增加得很快,造成过热而且可能损坏二极管。标准硅二极管的击穿电压并不是定值,但是一般最少也有50V。
   3.二极管完整的电压一电流特性曲线
    将正向偏压和反向偏压的曲线图合并,就可得出二极管完整的电压一电流特性曲线,如图1. 29所示。值得注意的是,正向电流的大小约为几毫安(mA),相对于反向电流的大小就只有几微安(μA)。

                 
    对于正向偏压下的二极管,当温度升高,在一定的正向偏压下,正向电流会增加。当然,对于一定的正向电流,则正向电压会降低(参见图1.30),值得注意的是,当温度升高的时候,门槛电压则会降低。

               
    对于反向偏压下的二极管,当温度升高的时候,反向电流也增加。在图1.30中,两个曲线的差别已经放大,这是为了便于说明。请记住,在击穿电压以内的反向电流仍然很小,而一般予以忽略。


 


 

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