首先,让我们深入探讨二极管的伏安特性曲线及其表现出的不同阶段。
如下图所示,二极管的伏安特性曲线可以被清晰地划分为三个主要区域:A区、B区和C区。其中,A区与B区共同构成了正向特性,而C区则代表了反向特性。
A区+B区–正向特性:这一区域描绘了当二极管施加正向电压时的行为。在正向特性的初始阶段,如果施加的正向电压非常小,外电场的力量不足以克服内部电场对多数载流子的阻碍,因此正向电流几乎为零。这个区域被称为正向特性的死区,对应的电压值被称为死区电压(也被称为门槛电压)。硅二极管的死区电压通常为0.5V,而锗二极管的死区电压则约为0.1V。然而,当正向电压超过某个特定值后,内部电场的作用被显著削弱,导致正向电流迅速增加,二极管进入导通状态。这一阶段被称为正向导通区。一旦二极管导通,即使正向电压只有微小的变化,也会引起正向电流的显著变化。在正向导通状态下,二极管两端的正向压降相对较小,且变化不大,通常硅二极管的正向压降为0.7V,锗二极管的正向压降则为0.3V。在实际应用中,如果外加电压较大,为了防止产生过大的电流从而损坏二极管,通常需要串联一个限流电阻。
C区–反向特性:这个区域展示了当二极管施加反向电压时的行为。在一定范围内,反向电流非常小且保持相对稳定,这个区域被称为反向截止区。这是因为反向电流主要由少数载流子的漂移运动形成,在特定温度下,少数载流子的数量基本保持不变,因此反向电流也基本恒定,与反向电压的大小无关,通常被称为反向饱和电流。
D区–反向击穿特性:当反向电压继续增大并达到某个特定值时,二极管的反向电流会突然急剧增加,这时我们称二极管发生了反向击穿。普通二极管应避免被击穿,因为击穿可能会损坏二极管。然而,稳压二极管则必须工作在击穿状态,因为在击穿区域,尽管电流变化较大,但电压却能保持基本不变,正是利用这一特性,稳压二极管才能实现稳压功能。
此外,我们还需要了解理想二极管的伏安特性曲线。在理想情况下,正向压降UD为0V,门槛电压Uth也为0V。
2、二极管的伏安特性方程:二极管的正向特性和反向特性可以通过伏安特性方程来描述。
然而,反向击穿特性并不能用伏安特性方程来描述。
3、二极管的主要参数:二极管有几个关键参数需要关注,包括最大整流电流If、最大反向工作电压Ur和反向电流Ir。最大整流电流If是指长期运行时允许通过的最大正向平均电流。最大反向工作电压Ur是指允许承受的最大反向电压,其值通常约为击穿电压Ubr的一半。反向电流Ir是指在施加反向电压但尚未击穿时,流过二极管的电流。此外,最高工作频率fm主要由极间电容的大小决定。当工作频率高于此值时,二极管的单向导电特性可能会变差,甚至完全消失。
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