二极管伏安特性
二极管伏安特电路工作原理
二极管伏安特电路工作原理宝子，今天咱们来唠唠二极管伏安特性电路的工作原理，这可老有趣啦。
咱先得知道二极管是个啥玩意儿。
二极管就像一个很有个性的小元件呢，它有两个极，一个阳极，一个阴极。
它就像是一个小门卫，只允许电流从特定的方向通过，很有原则哦。
那这个伏安特性电路是怎么回事呢？简单来说，就是研究在这个电路里，二极管两端的电压和通过它的电流之间的关系。
你可以想象成是在看这个小门卫在不同压力（电压）下，放行多少人（电流）。
当我们给二极管加上正向电压的时候，就像是给这个小门卫递了一个正确的通行证。
刚开始呢，电压比较小的时候，这个二极管还很傲娇，不太愿意放行太多电流，就只有一丁点儿电流能通过，这时候电流几乎可以忽略不计。
但是呢，一旦电压达到了某个值，这个二极管就像突然开了闸一样，电流就开始蹭蹭地往上跑。
这个让二极管开始大量放行电流的电压值啊，就叫做开启电压。
这就好比小门卫之前只是在试探你，一旦你达到了它的标准，就敞开门欢迎电流啦。
要是我们给二极管加上反向电压呢，这就像是拿错了通行证。
这时候二极管可就坚决不让电流通过了，就像小门卫把门关得死死的。
不过呢，这时候也不是完全没有电流，会有一丢丢非常非常小的反向电流，这就像是有几个调皮的小电流想偷偷溜过去，但是被小门卫发现了，只让很少很少的过去。
而且在一定的反向电压范围内，这个反向电流几乎不变，就像小门卫坚守自己的原则一样。
但是呢，如果这个反向电压大到一定程度，超过了二极管能承受的极限，那可就糟糕啦，就像小门卫被强大的外力给冲破了防线，二极管就会被击穿，这时候反向电流就会突然变得很大很大，二极管也就可能坏掉了。
在伏安特性电路里啊，我们可以用一些仪器来测量这个电压和电流的关系。
比如说用电源来提供不同大小的电压，然后用电流表来测电流，电压表来测电压。
我们就可以画出一个曲线，这个曲线就是二极管的伏安特性曲线啦。
这个曲线就像是二极管的小档案，从这个曲线里我们就能清楚地看到二极管在不同电压下的电流表现。
二极管伏安特性曲线的理论分析
二极管伏安特性曲线的理论分析
二极管伏安特性曲线是指二极管在不同的电流和电压条件下的特性曲线，它可以反映出二极管的工作特性。
首先，我们来看一下二极管伏安特性曲线的基本结构。
二极管伏安特性曲线的基本结构是一条从左上角到右下角的抛物线，其中左上角的点代表二极管的开关状态，右下角的点代表二极管的饱和状态。
接下来，我们来看一下二极管伏安特性曲线的理论分析。
二极管伏安特性曲线的理论分析是基于二极管的物理结构和工作原理，以及电路中的电压和电流的变化。
首先，我们来看一下二极管的物理结构和工作原理。
二极管是一种由两个半导体层组成的电子器件，其中一个半导体层是N 型半导体，另一个半导体层是P型半导体。
N型半导体层和P 型半导体层之间形成了一个受控的电子通道，当电压施加到N 型半导体层和P型半导体层之间时，电子通道就会打开，从而使电流流过。
其次，我们来看一下电路中电压和电流的变化。
当电压施加到N型半导体层和P型半导体层之间时，电流会随着电压的增加而增加，但是当电压超过一定的阈值时，电流就会达到饱和状态，此时电流不再随着电压的增加而增加。
最后，我们来看一下二极管伏安特性曲线的理论分析。
根据二极管的物理结构和工作原理，以及电路中电压和电流的变化，我们可以得出二极管伏安特性曲线的理论分析：当电压施加到N型半导体层和P型半导体层之间时，电流会随着电压的增加而增加，但是当电压超过一定的阈值时，电流就会达到饱和状态，此时电流不再随着电压的增加而增加，从而形成了从左上角到右下角的抛物线形的二极管伏安特性曲线。
以上就是二极管伏安特性曲线的理论分析，它可以反映出二极管的工作特性，为电子工程师提供了重要的参考依据。
晶体二极管的伏安特性曲线
晶体二极管的伏安特性曲线二极管最重要的特性就是单向导电性，这是由于在不同极性的外加电压下，内部载流子的不同的运动过程形成的，反映到外部电路就是加到二极管两端的电压和通过二极管的电流之间的关系，即二极管的伏安特性。
在电子技术中，常用伏安特性曲线来直观描述电子器件的特性。
根据图1的试验电路来测量，在不同的外加电压下，每转变一次RP的值就可测得一组电压和电流数据，在以电压为横坐标，电流为纵坐标的直角坐标系中描绘出来，就得到二极管的伏安特性曲线。
图1 测量晶体二极管伏安特性a) 正向特性b) 反向特性图2 2CZ54D伏安特性曲线图3 2AP7伏安特性曲线图2和图3分别表示硅二极管2CZ54D和锗二极管2AP7的伏安特性曲线，图中坐标的右上方是二极管正偏时，电压和电流的关系曲线，简称正向特性；坐标左下方是二极管反偏时电压和电流的关系曲线，简称反向特性。
下面我们以图1为例加以说明。
当二极管两端电压为零时，电流也为零，PN结为动态平衡状态，所以特性曲线从坐标原点0开头。
（一）正向特性1. 不导通区（也叫死区）当二极管承受正向电压时，开头的一段，由于外加电压较小，还不足以克服PN结内电场对载流子运动的阻挡作用，因此正向电流几乎为零，二极管呈现的电阻较大，曲线0A段比较平坦，我们把这一段称作不导通区或者死区。
与它相对应的电压叫死区电压，一般硅二极管约0.5伏，锗二极管约0.2伏（随二极管的材料和温度不同而不同）。
2. 导通区当正向电压上升到大于死区电压时，PN结内电场几乎被抵消，二极管呈现的电阻很小，正向电流增长很快，二极管正向导通。
导通后，正向电压微小的增大会引起正向电流急剧增大，AB 段特性曲线陡直，电压与电流的关系近似于线性，我们把AB 段称作导通区。
导通后二极管两端的正向电压称为正向压降（或管压降），也近似认为是导通电压。
一般硅二极管约为0.7伏，锗二极管为0.3伏。
由图可见，这个电压比较稳定，几乎不随流过的电流大小而变化。
二极管伏安特性
二极管伏安特性
二极管伏安特性是衡量二极管的电特性指标，它是指将电流从零到最大至，电压会变成多少的情况。
二极管的伏安特性是由当前的特性和二极管结构的特性决定的。
随着电流的增加，二极管的电压会逐渐增加，这个过程中所形成的折线图，就是二极管的伏安特性图。
二极管伏安特性的特点是，当恒定电流通过二极管时，电压呈现负斜率，而电流更改时，压降不会立即变动，只有在达到一定以上级别时候，会发生变化。
二极管伏安特性对于了解二极管的动态特性有重要的誊录作用，其伏安曲线用来表示电流和电压关系，可以用来准确地测量二极管的特性参数，同时也被用来分析二极管的电路及其性能。
二极管的伏安特性受到温度的影响，温度的升高会导致正向击穿击穿晶体管的压降值减小，导致正向漏电流增加，硅锗电流也减小。
此外，温度的升高也会对二极管的能量效率有很大的负面影响，使用的热能因此耗费会增加，二极管的耐温设备因此受到限制。
由于二极管具有重要的应用价值，因此，我们需要理解并估算二极管的伏安特性，以更好地提高其使用寿命和可靠性，更有效地提高设备性能。
二极管伏安特性分析
一、二极管伏安特性分析1.二极管静态特性i随着正向电压增大到门槛电压U to（二极管开启电压），二极管导通。
ii电压U f为二极管导通时的正向电压降iii当承受反向电压时，二极管截至，只有微小的少子漂移运动形成的反向漏电流。
iv当反向电压过大，二极管会反向击穿，普通二极管将不可逆损坏。
v稳压二极管则是利用二极管的反向击穿工作。
将稳压二极管并联在负载两端二极管反向击穿后，电流虽然在很大范围内变化，但是稳压二极管两端的电压则在很小的范围内变化，起到稳定负载两端电压的作用。
2.二极管动态特性关断过程i. tF前，二极管由于存在空间电荷区，可以看作有并联一个结电容，二极管开通时，电容两端电压等于二极管两端电压（二极管导通电压）。
ii .tF时，二极管接反向电压，此时二极管并没有马上截止，二极管结电容向二极管放电，空间电荷区开始变宽。
此时，二极管继续导通，但是电压降低，电流减小。
iii. t0时，二极管正偏继续导通，t0~t1阶段，虽然电流降到0，但是电容上的正电荷仍然存在，二极管正偏。
t0~t1阶段是去除电容上的正电荷，t1时，二极管开始截止。
iv. t1时，二极管截止，t1~t2阶段反向电压对结电容（耗尽层）充电，直到二极管完全承受外部所加的反向电压，进入稳定的反向截止状态。
开通过程i. 当加正向电压时，开始对电容充电，继续增加电压推动耗尽层变窄，t fr时进入稳定的正向导通状态。
此时i F和u F满足二极管的伏安特性。
3.温度对二极管伏安特性的影响随着温度升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电流增大。
温度升高，本征激发产生的少子浓度增加，导致内电场的电位差降低，所以二极管正向导通电压降低。
二、二极管的主要参数1.最大整流电流I FI F是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，其值与PN结面积及外部散热条件有关2.最高反向工作电压U RU R是二极管工作时允许加的最大反向电压，一般为击穿电压(U BR)的一半。
【精品】测量二极管的伏安特性
【精品】测量二极管的伏安特性测量二极管的伏安特性是一种实验，用于研究二极管在电压变化时的电流行为。
通过这种方式，我们可以了解二极管的基本性质和行为。
本实验主要采用控制变量法，即在保证其他因素不变的情况下，改变输入电压，观察输出电流的变化。
一、实验目的：1.理解二极管的单向导电性；2.了解二极管的伏安特性曲线；3.掌握二极管的基本应用。
二、实验原理：二极管是一种具有单向导电性的半导体器件。
在正向偏置时，电流可以流过二极管；而在反向偏置时，电流被阻止。
二极管的伏安特性曲线反映了电压与电流之间的关系。
三、实验步骤：1.准备实验器材：电源、电阻器、二极管、开关、导线、电压表和电流表。
2.将电源、电阻器、二极管、开关、电压表和电流表按照正确的连接方式连接起来。
3.先将二极管短路，调节电源电压，观察电压表和电流表的读数，并记录下来。
4.然后将二极管接入电路中，重复步骤3，记录下不同电压下的电流值。
5.根据实验数据绘制二极管的伏安特性曲线。
四、实验结果与分析：1.在本次实验中，我们观察到二极管具有明显的单向导电性。
当电压为正向偏置时，电流能够顺利通过二极管；而当电压为反向偏置时，电流几乎为零。
这说明二极管可以有效地阻止反向电流。
2.通过实验数据，我们发现随着电压的增加，电流也逐渐增加。
这是因为当电压增大时，电场力增强，驱使载流子加速运动，导致电流增加。
这一趋势在伏安特性曲线上表现为斜率逐渐增大的直线段。
3.在高电压区域，伏安特性曲线的斜率有所减小。
这是由于在高电压下，载流子的速度接近饱和，导致电流增加的速度减缓。
此外，在高电压区域还可能存在其他的一些物理效应，如空间电荷区的扩展等，这些效应也会影响电流的增长速度。
4.通过本次实验，我们得出二极管的伏安特性曲线是一条斜率逐渐增大的直线，并在高电压区域有所弯曲。
这一曲线反映了二极管的单向导电性和它的基本性质。
根据这一特性，我们可以将二极管应用于各种电路中，如整流电路、开关电路等，以实现电能的有效转换和控制。
伏安法测二极管的伏安特性(共6张PPT)
1、根据图8-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性!
2、接通电源，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 图8-1 二极管的伏安特性 6 V)，对于每种UD值，调节R0，使检流UD (0.1～0.6 V)，对于每种UD值，调节R0，
使检流计指示为零，记下电流表的电流值．
4.根据测量数据，绘出二极管正向伏—安特性曲线
1、根据图8-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性!
2、接通电源，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。
实验步骤和要求
1、根据图8-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2 的输出为零，注意电表的极性!
2、接通电源，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电 源，根据现象检查故障。
图8-2 伏安法测量二极管的特性电路 21、、接根通据电图源8-2，连注接意线观路察，有并无预异置常R情0为况最发大生值，，否R则1马为上最切大断值电，源R2，的根输据出现为象零检，查注故意障电。表的极性!
图82-、2 接伏通安电法源测，量注二意极观管察的有特无性异电常路情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 3、选择各种值UD (0. 实验步骤和要求
图8-1 二极管的伏安特性
6 V)，对于每种UD值，调节R0，使检流计指示为零，记下电流表的电流值． 4.
6 V)，对于每种UD值，调节R0，使检流计指示为零，记下电流表的电流值． 4.
实验步骤和要求
图81-、2 根伏据安图法8测-2量连二接极线管路的，特并性预电置路R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性! 实验2、步接骤通和电要源求，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 图6 V81)-、，2 根伏对据安于图法每8测种-2量U连D二接值极线，管路调的，节特并R性0预，电置使路R检0为流最计大指值示，为R零1，为记最下大电值流，表R2的的电输流出值为．零，注意电表的极性! 666636实、VVVVV验2444444)))))选、......，，，，，步择接对对对对对骤各通于于于于于和种电每每每每每要值源种种种种种求U，UUUUUDDDDDD注值值值值值(意0，，，，，.观调调调调调察节节节节节有RRRRR无00000，，，，，异使使使使使常检检检检检情流流流流流况计计计计计发指指指指指生示示示示示，为 为 为 为 为否零零零零零则，，，，，马记记记记记上下下下下下切电电电电电断流流流流流电表表表表表源的的的的的，电电电电电根流流流流流据值值值值值现．．．．．象检查故障。 图6 V81)-、，2 根伏对据安于图法每8测种-2量U连D二接值极线，管路调的，节特并R性0预，电置使路R检0为流最计大指值示，为R零1，为记最下大电值流，表R2的的电输流出值为．零，注意电表的极性! 6实V验442)..、，步接对骤通于和电每要源种求，UD注值意，观调察节有R无0，异使常检情流况计发指生示，为否零则，马记上下切电断流电表源的，电根流据值现．象检查故障。 6 V41).、，根对据于图每8种-2U连D接值线，路调，节并R0预，置使R检0为流最计大指值示，为R零1，为记最下大电值流，表R2的的电输流出值为．零，注意电表的极性! 实验2、步接骤通和电要源求，注意观察有无异常情况发生，否则马上切断电源，根据现象检查故障。 实验1、步根骤据和图要8求-2连接线路，并预置R0为最大值，R1为最大值，R2的输出为零，注意电表的极性!
实验二十四二极管伏安特性的测定
实验三十二 二极管伏安特性的测定【实验目的】1．熟悉测量伏安特性的方法。
2．了解二极管的正、反向伏安特性。
【实验仪器】直流电源、电压表、毫安表、微安表、滑线变阻器、二极管、开关等。
【实验原理】通过一个元件的电流随元件上的外加电压而变化，这种变化关系如以电压为横坐标、电流为纵坐标可得出其关系曲线，该曲线就称为这一元件的伏安特性曲线。
通过元件中的电流I 随外加电压U 的变化可用公式I =U/R 表示，其中比例系数1/R 就是该元件的电导。
如果R 为定值，则伏安特性曲线是一条直线，具有这类性质的元件称为线性电阻元件，它们是严格服从欧姆定律的；如果R 不是定值，而是随着外加电压的变化而变化，则伏安特性是一条曲线，这类元件称为非线性电阻元件。
常用的晶体二极管就是非线性电阻元件，其阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。
当二极管正极接高电势端，负极接低电势端时，电流从二极管的正极流入，负极流出，这时的伏安特性称为正向特性；反之，称为反向特性。
用伏安法测量二极管的特性曲线时，线路一般采用两种方法，即外接法（见图32-1a ）和内接法（见图32-1b ）。
由于测量电表内阻的存在，不管采用哪一种方法都会给测量结果带来系统误差。
下面将分析误差产生的原因和大小，以便在测量时合理选择线路接法。
在图32-1a 所示的外接法中，由于采用这一接法而产生的系统误差就是电压表中流过的电流I V ，并且VD D D V R U I I I I =∆=-= （32-1） 或写成相对误差的形式VD D D R R I I =∆ （32-2） 显然，电压表内阻R V 越大，二极管内阻R D 越小，电流测量产生的系统误差相对越小。
在图32-1b 所示的内接法中，由此而带来的系统误差就是电流表两端的电压U A ，并且D A D D A I R U U U U =∆=-= （32-3）其相对误差为DA D D R R U U =∆ （32-4） 显然，电流表内阻R A 越小，二极管内阻R D 越大，电压测量产生的系统误差相对越小。
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IO
R UO
VDD
IO
R UO
[解] VDD = 2 V 理想 UO = VDD = 2 V IO = VDD / R = 2 / 2 = 1 (mA) 恒压降 UO = VDD – UD(on) = 2 0.7 = 1.3 (V) IO = UO / R = 1.3 / 2 = 0.65 (mA) VDD = 10 V 采用理想模型 UO = VDD = 10V IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA) 理想 VDD 小， 恒压降 UO = 10 0.7 = 9.3 (V) 采用恒压降模型 IO = 9.3 / 2 = 4.65 (mA) VDD 大，
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1.2.3 二极管的主要参数
iD U (BR) URM O IF uD
1. IF — 最大整流电流(最大正向平均电流)
2. URM — 最高反向工作电压，为 U(BR) / 2 3. IR — 反向电流(越小单向导电性越好) 4. fM — 最高工作频率(超过时单向导电性变差)
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rD
UD(on)
三、二极管的折线近似模型
I uD
rD U I
UD(on) U
UD(on)
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例 1.3.1 硅二极管，R = 2 k，分别用二极管理想模型和 恒压降模型求出 VDD = 2 V 和 VDD = 10 V 时 IO 和 UO 的值。
UD(on)
VDD
IO
R UO VDD
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温度对二极管特性的影响
iD / mA
60 40
90C 20C
20
–50 –25 0 – 0.02
0.4
uD / V
T 升高时，由本征激发产生的少子浓度增加，导致 PN结内建电位差UB减小。
UD(on)以 (2 2.5) mV/ C 下降
思考：为什么温度过高，将导致PN结失效？
击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。
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iD / mA
60 40 20
iD / mA
15 10
–50
–25
– 0.02 0 0.4 0.8 u / V D
5
– 50 – 25
–0.01 0 0.2 –0.02
0.4
uD / V
– 0.04
硅管的伏安特性
锗管的伏安特性
结论：锗管比硅管易导通，硅管比锗管反向饱和电流 小得多，所以硅管的单向导电性和温度稳定性较好
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1.3.1 理想二极管及二极管特性的折线近似 一、理想二极管
特性 iD uD 符号及 等效模型 S S
正偏导通，uD = 0；反偏截止， iD = 0 二、二极管的恒压降模型
iD uD
U(BR) =
uD = UD(on)
UD(on)
iD 斜率1/ rD
0.7 V (Si) 0.2 V (Ge)
U(BR) U 0 U < U(BR)
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反向击穿类型： 电击穿 — PN 结未损坏，断电即恢复。
热击穿 — PN 结烧毁。
反向击穿原因： 齐纳击穿： 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (Zener) (击穿电压 < 6 V，负温度系数) 反向电场使电子加速，动能增大，撞击 雪崩击穿： 使自由电子数突增。 (击穿电压 > 6 V，正温度系数)
影响工作频率的原因 — PN 结的电容效应
结论： 1. 低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。 高频时，因容抗变小，使结电容分流，导致单向 导电性变差。 2. 结面积小时结电容小，工作频率高。
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1.3 的
二极管电路
分析方法
1.3.1 理想二极管及二极管特性的折线近似
*1.3.2 图解法和微变等效电路法
UT
电子电量
kT q
温度的 电压当量
当 T = 300(27C)：
UT = 26 mV
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1.2 二极管及其应用
1.2.1 二极管的结构 1.2.2 二极管的伏安特性
1.2.3 二极管的主要参数
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1.2.1 半导体二极管的结构和类型 构成： PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode) 负极 符号： 正极
uD /V
Uth = 0.5 V (硅管) 0.1 V (锗管)
U Uth iD 急剧上升
导通 电压
UD(on) = (0.6 0.8) V 硅管 0.7 V (0.1 0.3) V 锗管 0.2 V iD = IS < 0.1 A(硅) 几十 A (锗) 反向电流急剧增大 (反向击穿)
i D I S (e
反向饱 和电流
uD / UT
玻尔兹曼 常数
1)
UT
电子电量
kT q
温度的 电压当量
当 T = 300(27C)：
UT = 26 mV
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二、二极管的伏安特性
iD /mA
0 U Uth
iD = 0
U (BR)
IS
正向特性
Uth UD(on)
反 反向特性 O 向 击 死区 穿 电压
分类： 硅二极管 按材料分 锗二极管
正极 引线 N 型锗片 铝合金 负极 小球
点接触型 按结构分 面接触型 平面型
正极引线 PN 结 N型锗 金锑 合金
正极 负极 引线 引线
引线
P N
P 型支持衬底
外壳
触丝
负极引线
点接触型
面接触型
底座
集成电路中平面型
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1.2.2 二极管的伏安特性 一、PN 结的伏安方程
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二、PN 结的单向导电性 1. 外加正向电压(正向偏置) 外电场使多子向 PN 结移动, IF
P区
外电场
正偏
N区
内电场
中和部分离子使空间电荷区 变窄。
+
U
IF = I多子 I少子 I多子
R
反偏 2. 外加反向电压(反向偏置) IR 外电场使少子背离 PN 结移动，
扩散运动加强形成正向电流 IF 。 限流电阻
IO = UO / RL= 14.3 / 3 = 4.8 (mA) I2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) / 1 = 2.3 (mA)
I1 = IO + I2 = 4.8 + 2.3 = 7.1 (mA)
P区
N区
空间电荷区变宽。
U R PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。
内电场Байду номын сангаас外电场
IR = I少子 0
漂移运动加强形成反向电流 IR
+
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3、PN结单向导电的数学表达式
玻尔兹曼 常数
iD I S (e
反向饱 和电流
u /UT
1)
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例1.3.2 试求电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压 UO 的值。 I1
P 15 V N
IO I2 VDD2 R R L
解：假设二极管断开 UP = 15 V
3
VDD1
1 k UN 12 9 (V) U 1 3 3 k O 12V UP > UN 二极管导通
等效为 0.7 V 的恒压源 UO = VDD1 UD(on)= 15 0.7 = 14.3 (V)