PN二极管的伏安特性详解

PN二极管中的电流I与结电压VV的关系由公式给出，

...........(1)

图1给出了PN二极管的典型伏安特性，如上式所示。在正向偏置时，正向电流基本保持为零，直到达到 t 二极管的所谓 Cutin 电压 V V 。该切入电压定义为正向电流小于二极管最大额定电流 1%的电压。该切入电压也称为导通电压或阈值电压。角质电压随半导体材料和制造方法而变化。通常，锗二极管的切入电压约为 0.2 伏，硅二极管约为 0.6伏。硅二极管中角值较高，主要是由于IO值较低。

从图1中我们观察到，在角切电压之外，正向电流随着正向电压的增加而迅速增加。在正向电压范围内，施加的电压远大于V T （0.026 K 时为 300 伏），因此在上面的等式中，我们可以忽略 1 与以下更简单的形式进行比较

.........(2)

反向偏置较小时，反向电流随反向偏置幅度的增加而增大。当反向偏置幅度超过数倍
VT 时，我们可能会忽略与 I 的比较，反向电流在值 IO 处变得稳定。随着反向电压的进一步增加，击穿发生，然后反向电流在反向电压 VZ 的几乎恒定值下突然增加。

温度取决于伏安特性

总反向饱和电流：

反向饱和电流的总值或实测值，其中 I0 是反饱和电流的理论值，IR 是漏电反向电流分量。IR 与温度无关，而 I0 与温度密切相关。

.......(3)

该方程给出 I0 作为 D n 、Dp 和 n i ^2^ 的函数。但是 n i ^2^ 取决于温度，如下式所示

........(4)

电压 VT 也与温度 T 成正比。此外，Dp 和 Dn 取决于温度 T.因此，对 Ge 和 Si 二极管都有效的 I0 的一般表达式是，

..........(5)

其中 k 是常数，m 是材料的常数，qVG0 是以焦耳为单位的禁止能隙。实验发现，Ge 和 Si 二极管的反向饱和电流以每摄氏度 7% 的速度增加。但是.因此，我们得出结论，温度每升高 10^0^ C，总反向饱和电流就会增加一倍。

角质电压：

以下关系对 Ge 和 Si 二极管都有效，

........(6)

因此，V 和 VV 随着温度的升高而降低，速率为 2.5 mV/deg C。虽然角极电压VV和总反饱和电流随温度变化，但二极管整体V-I特性的形状不随温度变化。

二极管电阻：

静态二极管电阻 R

它是二极管电压与二极管电流之比。随着操作点的移动，它变化很大。它不构成二极管的有用参数。

动态或增量二极管电阻 r

它被定义为，

..........(7)

因此，二极管的动态电阻是电流与电压特性斜率的倒数，是小信号操作的重要器件参数。然而，动态二极管电阻r随工作点而变化。

从，等式（1），

........(8)

对于大于零点几伏特的反向偏置，并且为负。因此，极小的组合为统一，因此 r 非常大。

对于大于零点几伏的正向偏置，

根据等式（1），I>>I0。然后从等式（8）开始。

.........(9)

公式（9）表明，对于正向偏置，r与电流I成反比。

在室温 （300 K） 下，VT = 0.026 伏。然后对于 ，

.......(10)

因此，对于

例1：在100^0^C温度下工作的理想Ge二极管具有反饱和电流。在 100^0^C 时，求出 0.1 伏偏置 （a） 正向和 （b）
反向偏置时二极管的动态电阻。

溶液：

在 100^0^C 时，t = 273 + 100 = 373^0^K，

因此

对于Ge，

因此

现在

对于 0.1 伏的正向偏置，

因此

对于 0.1 V 的反向偏置，

因此

二极管特性的分段线性近似

对于大型单次操作，通常使用PN二极管V-I特性的分段线性表示就足够了。图 2
显示了分段线性近似。对于 V < V V ，电流以恒定斜率上升。在这个区域，二极管具有恒定的增量电阻。在这个正向偏置区域，该电阻 r 被指定为 R f ，称为正向电阻。