PN二極管的伏安特性詳解

PN二極管中的電流I與結電壓VV的關系由公式給出，

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

圖1給出了PN二極管的典型伏安特性，如上式所示。在正向偏置時，正向電流基本保持為零，直到達到 t 二極管的所謂 Cutin 電壓 V V 。該切入電壓定義為正向電流小于二極管最大額定電流 1%的電壓。該切入電壓也稱為導通電壓或閾值電壓。角質電壓隨半導體材料和制造方法而變化。通常，鍺二極管的切入電壓約為 0.2 伏，硅二極管約為 0.6伏。硅二極管中角值較高，主要是由于IO值較低。

從圖1中我們觀察到，在角切電壓之外，正向電流隨著正向電壓的增加而迅速增加。在正向電壓范圍內，施加的電壓遠大于V T （0.026 K 時為 300 伏），因此在上面的等式中，我們可以忽略 1 與以下更簡單的形式進行比較

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

反向偏置較小時，反向電流隨反向偏置幅度的增加而增大。當反向偏置幅度超過數倍
VT 時，我們可能會忽略與 I 的比較，反向電流在值 IO 處變得穩定。隨著反向電壓的進一步增加，擊穿發生，然后反向電流在反向電壓 VZ 的幾乎恒定值下突然增加。

溫度取決于伏安特性

總反向飽和電流：

反向飽和電流的總值或實測值，其中 I0 是反飽和電流的理論值，IR 是漏電反向電流分量。IR 與溫度無關，而 I0 與溫度密切相關。

.......(3)

該方程給出 I0 作為 D n 、Dp 和 n i ^2^ 的函數。但是 n i ^2^ 取決于溫度，如下式所示

........(4)

電壓 VT 也與溫度 T 成正比。此外，Dp 和 Dn 取決于溫度 T.因此，對 Ge 和 Si 二極管都有效的 I0 的一般表達式是，

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

其中 k 是常數，m 是材料的常數，qVG0 是以焦耳為單位的禁止能隙。實驗發現，Ge 和 Si 二極管的反向飽和電流以每攝氏度 7% 的速度增加。但是.因此，我們得出結論，溫度每升高 10^0^ C，總反向飽和電流就會增加一倍。

角質電壓：

以下關系對 Ge 和 Si 二極管都有效，

........(6)

因此，V 和 VV 隨著溫度的升高而降低，速率為 2.5 mV/deg C。雖然角極電壓VV和總反飽和電流隨溫度變化，但二極管整體V-I特性的形狀不隨溫度變化。

二極管電阻：

靜態二極管電阻 R

它是二極管電壓與二極管電流之比。隨著操作點的移動，它變化很大。它不構成二極管的有用參數。

動態或增量二極管電阻 r

它被定義為，

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

因此，二極管的動態電阻是電流與電壓特性斜率的倒數，是小信號操作的重要器件參數。然而，動態二極管電阻r隨工作點而變化。

從，等式（1），

........(8)

對于大于零點幾伏特的反向偏置，并且為負。因此，極小的組合為統一，因此 r 非常大。

對于大于零點幾伏的正向偏置，

根據等式（1），I>>I0。然后從等式（8）開始。

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

公式（9）表明，對于正向偏置，r與電流I成反比。

在室溫 （300 K） 下，VT = 0.026 伏。然后對于 ，

.......(10)

因此，對于

例1：在100^0^C溫度下工作的理想Ge二極管具有反飽和電流。在 100^0^C 時，求出 0.1 伏偏置 （a） 正向和 （b）
反向偏置時二極管的動態電阻。

溶液：

在 100^0^C 時，t = 273 + 100 = 373^0^K，

因此

對于Ge，

因此

現在

對于 0.1 伏的正向偏置，

因此

對于 0.1 V 的反向偏置，

因此

二極管特性的分段線性近似

對于大型單次操作，通常使用PN二極管V-I特性的分段線性表示就足夠了。圖 2
顯示了分段線性近似。對于 V < V V ，電流以恒定斜率上升。在這個區域，二極管具有恒定的增量電阻。在這個正向偏置區域，該電阻 r 被指定為 R f ，稱為正向電阻。