二极管电学特性和温度特性
二极管的特性及简介介绍
二极管的特性与参数几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。
二极管的工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。
当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。
当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流，如下图导通区所示。
当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0，如下图截止区所示。
当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象，如下图击穿区所示。
二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单方向导电性。
在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。
下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。
1.正向特性在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。
必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。
只有当正向电压达到某一数值（硅管约为0.6V）以后，二极管才能真正导通。
导通后二极管两端的电压称为二极管的正向压降。
2、反向特性在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。
二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。
当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。
二极管测试中的主要参数用来测试二极管的性能好坏的技术指标称为二极管的参数。
二极管参数解读
二极管参数解读二极管是一种半导体器件，具有正向导电特性。
它是电子学领域中最简单的一种元件，也是最重要的一种元件之一。
二极管的参数是指在正常工作状态下，二极管具有的一些特定物理性质和电学性能。
通过解读二极管的参数，可以更好地理解和应用二极管，提高电子电路设计和应用的技术水平。
## 一、二极管的基本参数### 1.1 正向导通特性正向导通特性是指在二极管的正向工作状态下，二极管具有导通电流的特性。
该特性由二极管的正向电压与正向电流之间的关系来描述，一般用正向截止电压和正向导通电压来表示。
正向截止电压是指在二极管的正向工作状态下，二极管开始导通的最小电压，它是二极管的重要参数之一；而正向导通电压是指在二极管正向工作状态下，正向导通电流达到额定值时的电压。
### 1.2 反向漏电流和反向击穿电压反向漏电流是指在二极管的反向工作状态下，二极管产生的漏电流。
这一参数决定了二极管的反向耐压性能。
反向击穿电压是指在二极管的反向工作状态下，二极管发生击穿的最小电压。
### 1.3 绝对最大额定值绝对最大额定值是指二极管可以承受的最大电压、电流和功率值，超出这些数值会导致二极管的损坏。
## 二、二极管参数的解读与应用### 2.1 正向导通特性对二极管应用的影响正向导通特性对二极管的应用至关重要。
在设计电子电路时，需要根据二极管的正向截止电压和正向导通电压来合理选择二极管，以保证电路的正常工作。
### 2.2 反向漏电流和反向击穿电压对二极管应用的影响反向漏电流和反向击穿电压是描述二极管反向电压承受能力的重要参数。
在设计反向保护电路时，需要考虑二极管的反向漏电流和反向击穿电压，以确保二极管在反向工作状态下不会损坏。
### 2.3 绝对最大额定值对二极管应用的影响绝对最大额定值是指二极管可以承受的最大电压、电流和功率值。
在实际应用中，需要根据电路的实际工作条件和环境来选择合适的二极管，以确保二极管不会超出其绝对最大额定值而损坏。
二极管的种类
二极管的种类二极管是电子元件中最基本和最常见的一种。
它是一种基于半导体材料制成的控制电流流动方向的器件。
二极管具有两个电极，分别是阳极（Anode，A）和阴极（Cathode，K）。
通过对二极管施加正向电压（正向偏置），就可以促使电流经过二极管；而当施加反向电压时（反向偏置），二极管则会阻止电流的流动。
根据不同的应用场景和电学性能，二极管可以分为多种不同的类型。
下面就让我们来具体了解一下这些二极管的分类和特点。
1. 硅二极管：硅二极管是最常见且使用最广泛的二极管类型之一。
它以硅材料制造，具有较高的工作温度和较低的漏电流。
硅二极管的正向电压降较大，约为0.6-0.7伏特。
在低频和高频电路中，硅二极管经常用作检测、整流和开关器件。
2. 锗二极管：锗二极管是最早被发明和使用的二极管类型之一。
它以锗材料制造，与硅二极管相比，锗二极管具有较低的工作温度和较高的漏电流。
锗二极管的正向电压降约为0.2-0.3伏特。
由于其特殊的电学性能，锗二极管广泛应用于放大器、检波器和高速开关等领域。
3. 快恢复二极管：快恢复二极管（Fast Recovery Diode）具有较高的响应速度和较短的恢复时间。
它们被设计用于需要频繁开关的电路，以减少开关过程中的能量损失。
快恢复二极管通常采用多晶硅材料合金制造，以实现更高的频率响应和更低的开关损耗。
4. 肖特基二极管：肖特基二极管（Schottky Diode）是一种由金属和半导体材料组成的二极管。
它具有较低的正向电压降和较快的开关速度，适用于高频应用。
肖特基二极管在整流器、混频器和功率放大器等电路中发挥重要作用。
5. 整流二极管：整流二极管主要用于将交流信号转换为直流信号。
它们被广泛应用于电源和电子设备中，用于将电源交流电转换为供电设备所需的直流电。
整流二极管具有较高的正向电压降和较大的导通电流承载能力。
6. 可控整流二极管：可控整流二极管，也称为双向可控整流二极管（Thyristor），是一种特殊的二极管，它具有双向导电特性。
二极管特性参数
二极管特性参数在电子学中，二极管是一种常见的电子器件，用于控制和调节电流。
了解和了解二极管的特性参数对于电子工程师和电子爱好者来说是非常重要的。
本文将详细介绍二极管的特性参数。
二极管是由PN结组成的半导体器件，其中P区为正极，N区为负极。
当二极管正向偏置时，电流可以流过器件，这被称为正向工作。
当二极管反向偏置时，电流几乎不能流过器件，这被称为反向工作。
以下是二极管的几个重要特性参数：1. 正向电压降（Vf）：正向电压降是二极管在正向偏置时产生的电压降。
对于常见的硅二极管而言，正向电压降大约在0.6V至0.7V之间。
对于锗二极管而言，正向电压降约为0.2V至0.3V。
2. 反向电流（Ir）：反向电流是指当二极管反向偏置时，经过器件的微小电流。
反向电流非常小，通常以纳安（nA）为单位。
高质量的二极管具有较低的反向电流。
3. 反向击穿电压（Vbr）：反向击穿电压是指当反向电压达到一定值时，二极管会发生击穿，导致大电流流过器件。
反向击穿电压是二极管的最大反向工作电压，超过这个电压会损坏二极管。
4. 最大正向电流（Ifmax）：最大正向电流是指二极管能够承受的最大正向电流。
超过这个电流将导致二极管过热并可能损坏。
5. 反向恢复时间（trr）：反向恢复时间是指二极管从反向工作状态切换到正向工作状态所需的时间。
较小的反向恢复时间表示二极管具有更好的开关特性。
6. 正向导通压降温度系数（Vf-Tc）：正向导通电压降温度系数表示二极管的正向电压降随温度变化的程度。
它通常以mV/℃为单位，负值表示正向电压降随温度的升高而下降，正值则相反。
通过了解和理解这些二极管的特性参数，电子工程师和电子爱好者能够更好地选择和应用二极管。
这些参数对于设计和调试电路以及解决电子设备故障都非常有帮助。
总结：本文介绍了二极管的特性参数，包括正向电压降、反向电流、反向击穿电压、最大正向电流、反向恢复时间和正向导通压降温度系数。
了解这些特性参数可以帮助电子工程师和电子爱好者更好地选择和使用二极管。
二极管工作原理及应用
二极管工作原理及应用一、工作原理二极管是一种电子元件，由两个不同材料的半导体材料构成，通常是P型半导体和N型半导体。
P型半导体中的杂质含有三价元素，如硼，而N型半导体中的杂质含有五价元素，如磷。
当P型和N型半导体通过特定方式连接在一起时，形成为了一个PN结。
PN结的形成使得二极管具有了特殊的电学特性。
当PN结两端施加电压时，如果正极连接在P区，负极连接在N区，称为正向偏置。
在正向偏置下，由于P区的多数载流子（空穴）和N区的少数载流子（电子）的扩散，形成为了电流通过的通道。
此时，二极管处于导通状态，电流可以流过。
相反，当正极连接在N区，负极连接在P区，称为反向偏置。
在反向偏置下，由于PN结的特殊结构，电流几乎无法通过。
此时，二极管处于截止状态，电流无法流过。
二、应用领域1. 整流器：二极管在电子电路中最常见的应用是作为整流器。
整流器用于将交流电转换为直流电。
当交流电施加在二极管上时，惟独正半周或者负半周的电流能够通过，另一半周的电流被截止。
这样，交流电就被转换为了单向的直流电。
2. 信号检测器：由于二极管在正向偏置下具有导通特性，在电子电路中可以用作信号检测器。
当输入信号的幅值大于二极管的正向压降时，二极管导通，输出信号可以被检测到。
而当输入信号的幅值小于正向压降时，二极管截止，输出信号无法通过。
3. 发光二极管（LED）：发光二极管是一种能够发出光的二极管。
它在正向偏置下工作，当电流通过时，电子和空穴在PN结中重新结合，释放出能量，产生光。
LED广泛应用于照明、显示、指示灯等领域。
4. 太阳能电池：太阳能电池也是一种利用二极管工作原理的应用。
太阳能电池由多个PN结组成，当光照射到太阳能电池上时，光子的能量被吸收，激发了电子和空穴的产生，并在PN结中形成电流。
这样，太阳能就被转换为了电能。
5. 温度传感器：二极管的正向压降与温度呈负相关关系。
利用这一特性，可以将二极管作为温度传感器使用。
通过测量二极管的正向压降，可以推算出环境的温度。
发光二极管主要参数与特性(精)
发光二极管主要参数与特性(精)发光二极管主要参数与特性LED 是利用化合物材料制成pn 结的光电器件。
它具备pn 结结型器件的电学特性：I-V 特性、C-V 特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。
1、LED 电学特性1.1 I-V 特性 表征LED 芯片pn 结制备性能主要参数。
LED 的I-V 特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。
如左图：(1) 正向死区：（图oa 或oa ′段）a 点对于V 0为开启电压，当V ＜Va ，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R 很大；开启电压对于不同LED 其值不同，GaAs 为1V ，红色GaAsP 为1.2V ，GaP 为1.8V ，GaN 为2.5V 。
（2）正向工作区：电流I F 与外加电压呈指数关系I F = I S (e qV F /KT–1) -------------------------I S 为反向饱和电流 。
V ＞0时，V ＞V F 的正向工作区I F 随V F 指数上升 I F = I S e qV F /KT（3）反向死区 ：V ＜0时pn 结加反偏压 V= - V R 时，反向漏电流I R （V= -5V ）时，GaP 为0V ，GaN 为10uA 。
（4）反向击穿区 V ＜- V R ，V R 称为反向击穿电压；V R 电压对应I R为反向漏电流。
当反向偏压一直增加使V ＜- V R 时，则出现I R 突然增加而出现击穿现象。
由于所用化合物材料种类不同，各种LED 的反向击穿电压V R 也不同。
1.2 C-V 特性鉴于LED 的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil ，11×11mil (280×280um)，12×12mil(300×300um)，故pn 结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C ≈n+pf 左右。
二极管的类型
二极管的类型二极管是一种电子元件，具有单向导电性质。
它是电子学中最基本的组成部分之一，广泛应用于电子设备中。
二极管的种类很多，常见的有普通二极管、肖特基二极管、势垒二极管、光电二极管等。
本文将详细介绍这些二极管的类型及其特点。
一、普通二极管普通二极管是最常见的一种二极管，也是最简单的一种。
它由两个不同材料的半导体材料组成，其中一侧为P型半导体，另一侧为N 型半导体。
当二极管正极与P区连接，负极与N区连接时，电流可以流过二极管，即二极管导通。
而当电流反向流动时，二极管不导电，即为反向截止状态。
普通二极管的主要特点是具有单向导电性，即只有在正向电压作用下才能导通电流。
此外，普通二极管具有低压降和高速开关特性，适用于电源电路、检波电路、信号放大电路等。
二、肖特基二极管肖特基二极管又称为热电子二极管，它是由P型半导体和金属材料组成的。
肖特基二极管的工作原理是利用肖特基势垒的形成，当P 型半导体与金属接触时，形成肖特基势垒，使电子向金属方向运动，形成电流。
肖特基二极管的主要特点是具有快速开关速度、低噪声、低功耗和高温度工作能力。
它适用于射频信号检测、混频器、功率放大器等领域。
三、势垒二极管势垒二极管是由P型半导体和N型半导体组成的双极型结构。
势垒二极管的工作原理是利用PN结的势垒，在反向电压下形成电子禁带，使电子无法通过，从而达到截止状态。
当正向电压作用下，电子通过PN结，产生电流。
势垒二极管的主要特点是具有高速开关速度、低噪声、低功耗和高可靠性。
它适用于高速开关电路、射频检测电路、振荡电路等领域。
四、光电二极管光电二极管是一种将光能转化为电能的光敏元件。
它由光敏材料和PN结构组成。
当光照射到光敏材料上时，产生光生载流子，通过PN结，产生电流。
光电二极管的主要特点是具有高灵敏度、高速响应、低噪声和低功耗。
它适用于光电传感器、光通信、光学测量等领域。
总之，二极管是电子学中最基本的组成部分之一，其种类繁多，每种二极管都有其特定的应用领域。
二极管高温失效现象
二极管高温失效现象二极管是一种常见的电子元件，广泛应用于各种电路中。
然而，在高温环境下，二极管容易出现失效现象，这给电子设备的可靠性带来了挑战。
高温失效是指在高温环境下，二极管的性能、可靠性发生变化或丧失的现象。
高温环境会导致二极管内部材料的物理和化学性质发生改变，从而影响二极管的电学特性和工作状态。
高温失效的主要原因之一是材料的热失效。
二极管内部的材料在高温下容易熔化、蒸发或发生化学反应，导致二极管的电学性能发生变化。
例如，二极管的导体材料在高温下容易氧化，导致电阻增加；而材料的载流子浓度也会受到温度的影响，从而改变二极管的导电能力。
高温环境还可能导致二极管的结构失效。
二极管的结构是由PN结和金属导线组成的，而这些材料在高温下容易膨胀、变形或熔化。
当温度升高时，二极管的结构可能发生变化，导致PN结不再正常工作，或者金属导线与其他材料发生脱落、断裂等问题。
高温环境还可能引起二极管的热失调。
二极管内部的热失调是指温度不均匀造成的，这可能导致不同区域的电压和电流分布不均匀，从而影响二极管的正常工作。
热失调还会加剧材料的热失效，使二极管更容易发生高温失效。
在实际应用中，高温失效会给电子设备带来严重的问题。
首先，高温失效可能导致二极管的性能下降或失效，使电子设备无法正常工作。
其次，高温失效还可能导致电子设备的寿命缩短，从而增加了维修和更换成本。
为了解决高温失效问题，可以采取以下措施。
首先，选择能够在高温环境下工作的二极管。
一些特殊材料和结构设计的二极管能够在高温环境下保持较好的性能和可靠性。
其次，合理设计电路布局和散热系统，降低二极管的工作温度。
通过优化散热系统的设计，可以有效降低二极管的温度，减少高温失效的风险。
此外，还可以采用温度保护措施，当二极管温度超过一定阈值时，自动切断电源，以保护二极管不受高温环境的损害。
高温失效是二极管在高温环境下常见的问题。
高温环境可能导致二极管材料的热失效、结构失效和热失调，进而影响二极管的性能和可靠性。
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绘制含有三条曲线的二极管正向特性如下：
66.767 2.6
80.733 2.8
2. 测绘二极管的反向特性： U(V) 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 I 16.90 18.60 19.80 21.80 22.60 23.70
U(V) 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 I 24.80 25.40 26.30 27.20 27.80 28.20 绘制二极管反向特性如下图所示：
半导体二极管的伏安特性及温度特性测绘
【实验目的】
1、 学习伏安法测量电阻的正确接线方法； 2、 掌握测量半导体二极管的正、反特性电表内接与外接的方法和意 义； 3、 通过作P-N结的伏安特性曲线，学会正确的作图方法，特别是坐标轴 比例的正确选取。
【实验原理】 半导体二极管的伏安特性：
对于某种电子元件，在温度不变的情况下，若改变其加在两端的电 压值U大小，电流值I也会随之而变化。以电压U为横坐标，电流I为纵坐 标，可得到一条曲线，此即这种电子元件的“伏安特性曲线”。对于通 常的金属导体而言，伏安特性曲线是一条直线，这一类元件我们称之 为“线性元件”。还有就是像我们实验中用到的半导体二极管一样，其
U(V) 1.8
2
2.2
2.4 2.6
2.8
I(mA) 数字式 16.88 仪表
19.88
23.20 27.00 31.90 37.20
I（mA) 磁电式 32.55 40.00 46.30 58.50 68.50 82.60 仪表 实验用的指针式电压表所用挡的内阻：，而此时采用的是电流表外接 法，修正方法如下：
2、 测绘二极管的反向特性： 电源15V，保护电阻2KΩ，采用指针式电压表，不要超过管子的最大反 向电压值，只要电流突变为较大即可，并且注意控制电流在80以内，
实验电路图如上右图： 3、 二极管电阻-温度特性测绘： 利用惠斯通电桥法测7个不同温度下二极管电阻值，电源电压10V，相关 实验参数为： R1为一个0~10KΩ的电阻箱，Rx为待测的二极管电阻， 然后做出关系曲线，进行数据拟合，求出拟合公式。实验电路图如右 图： 因为这里，所以：
，由此二式联合可得出修正公式： （5）
修正以后的实验数据如下：
(mA) 0.117 1.133 U(V) 0.2 0.4
3.05 0.6
5.967 0.8
9.733 13.8
1.0
1.2
18.967 1.4
(mA) 31.35 U(V) 1.8
38.667 2.0
44.833 2.2
56.9 2.4
可得如下曲线：
电阻温度关系近似认为3次曲线，添加趋势线得：
趋势线函数
【思考题】
1、为什么测定二极管的正、反向特性需要电流表的不同接法？如何连 接？
答：因为通常二极管的正向电阻都比较小，而反向电阻非常大，所 以就需要在测量正向特性的时候采用电流表外接法，在测量反向特性的 时候采用电流表内接法，这样能够减小实验的系统误差。 2、 有些微安表两端反向并联两个2CP型二极管，用以保护电流表，试 说明其工作原理。
半导体材料则不同，它们具有比较复杂的电阻温度关系，其原因是 因为它的导电机制较为复杂。一般而言，在高温区域，半导体具有负的 电阻温度系数，此时的特性可用指数函数来描述：
（2） 但在一段温度区域，可近似认为电阻和温度之间符合线性关系，大部分 半导体其电阻温度系数为负值。本实验拟采用惠斯通直流单电桥法来测 定不同温度下的二极管阻值，并绘制其电阻-温度特性曲线。
（4）
【实验数据】Biblioteka 1. 测绘二极管正向特性：,
U(V) 0.2 0.4
0.6
0.8 1
1.2
1.4 1.6
I(mA) 数字式 0.36 1.38 仪表
2.88 4.76 6.80 9.12 11.52 14.04
I（mA) 磁电式 0.25 1.40 仪表
3.45 6.50 10.40 14.60 19.90 25.60
伏安特性曲线不是直线，我们称之为“非线性元件”，也就是说，它们 的电阻不是一个确定值，其数值与所加电压有关系。如右图是一个普通 硅二极管的伏安特性曲线：
而本实验也将利用伏安法来测绘一个二极管的正、反向特性曲线。
半导体二极管的温度特性：
对于通常的金属导体温度特性，其关系符合以下式子： （1）
式中对应温度t时候的电阻，在低温区域，二次项及以上项很小，可以 忽略不计，因此可近似的认为电阻和温度之间是一种线性关系。
T()
35.1 37.0 44.1 48.8 57.2 60.0 63.8
电阻箱(） 752.9 769.8 788.0 791.0 800.0 810.0 819.9
用绝对温标表示：
二极管电阻-温度特性测绘：
308.1 310 317.1 321.8 330.2 333 336.8
752.9 769.8 788.0 791.0 800.0 810.0 819.9
答：两个二极管反向并联，同时与电流表并联，则信号的峰值的绝 对值是大于二极管正向导通电压值的，因二极管通过而被限制输入电流 表的电流，电流表两端的电压被控制在二极管正向导通压降上，即是被 限幅了；同时如果信号方向突然改变，这时候另外一个二极管将处在正 向导通状态，同样能够限制电流表两端的电压，同样起到保护电流表的 作用。
（3）
【实验仪器】
磁电式电压表、数字式电压表、毫安表、微安表、电阻箱、滑线变阻 器、直流稳压电源、待测二极管
【实验内容】
1、 测绘二极管正向特性： 电源E=3V,注意管子的额定正向电流， 记录指针式电压表所用挡的内阻：
并分别利用磁电式电压表和数字式电压表各测一次，需要绘制出三条曲 线：分别是磁电式仪表、数字式仪表和用磁电式仪表的电压表修正数据 绘制的三条曲线。实验电路图如下左图：