当前课程知识点：模拟电子技术基础(基础部分) > 第一部分 > 2.6半导体二极管的伏安特性和电流方程 > 半导体二极管的伏安特性和电流方程
我们知道了二极管的结构
从外部我们来看一看
二极管它的端电压
和流入它的电流
之间有什么样的关系
半导体二极管的伏安特性
和电流方程
什么叫伏安特性
伏安特性指的就是二极管的电流
和它的端电压之间的关系
称为伏安特性
以端电压作为自变量
以流过它的电流作为函数
我们可以用这样一个电路
来建立起来这样一个伏安特性
就是我们在外部加一个电压
注意回路里边要有限流的电阻
然后我们改变这个电压
从而改变了二极管的端电压
然后测试在这个端电压下
它留过的电流是多少
这样我们就得到了二极管的
伏安特性
伏安特性 准确地说
它应该是一个稳态的特性
所以应该是逐点测出来的
我们从伏安特性里边
可以读出它的一些基本的参数
为了读这些参数
为了画出这样一个伏安特性
我在这个纵轴上边
它的正方向和负方向的电流
采用了两种不同的单位
正的用的是毫安
因为小功率管
一般它流过的电流是毫安级的
反向的特性呢
我用的是微安
因为少数载流子
它运动所引起的
外部看到的电流数值非常小
所以这是一个微安
为了在一个平面里面画出来
所以呢它们单位是不一样的
那在这样一个特性里面
我们能够读出这样几个数值
一个呢就是明显的看到了
它的端电压引起它
流过电流的变化
这是加正向电压的情况
我们把明显看到端电压
对于它流过电流的
这样一种控制关系的这个电压
称为开启电压Uon
这是我们看到的一个参数
为什么它不是比零
大一点点它就能开启
原因就是二极管
一个是当它封装的时候
引出点要降掉一部分压降
一个就是PN结
你要足以使得它内部的电场
削弱到一定程度
你在外部才看到了
这样一个电流的变化
所以呢它有一个开启电压
还看到一个参数
就是这个参数
我们叫它反向饱和电流IS
看反向特性
反向电特性从零
逐渐数值增大的时候
它的端电压
这个反向的电流
也是明显的增大
但是大到一定程度
我们可以看到
反向特性几乎平行于横轴
原因就是当反向电压
加上之后逐渐增大
参与漂移运动的
少数载流子的个数在逐渐增多
从外部看
就是电流在逐渐增大
然后你大到一定程度了
几乎所有的少数载流子
都参与了漂移运动
你再增大也没有更多的
少数载流子参与漂移运动了
外部看到的就是
这个电流几乎是不变的
然后我们看反向特性
反向的电压
加到一定程度的时候
我们看到反向电流骤然增大
我们把这个电压叫做它的击穿电压
二极管在损坏的时候
或者PN结在损坏的时候
有两种情况
一种就是正向电流过大
我们叫它烧坏了
它是由于正向的电流过大
温升过高PN结被损坏
还有一种呢叫击穿
二极管击穿
指的是反向电压
加得太大了
使得它的空间电荷区
也就是耗尽层
整个的结构破坏了
所以二极管损坏
正向时候是因为电流过大
反向的时候是因为
反向电压过大
二极管的电流方程是这样子的
这个方程的来源是要经过
半导体物理的分析
分析它里边载流子运动的情况
而得到的
如果需要知道它的来源
可以参考半导体物理方面的书
在这样的一个式子里边
我们要注意的有几个值
一个是q 它是电子的电量
一个是k 是玻耳兹曼常数
还有一个T 是热力学温度
这里面的q和k都是常量
所以当我们把这样一个式子
变成这样一个式子的时候
实际上这个UT
它的自变量就是热力学温度
因此人们把UT称为
温度的电压当量
而我们把近似分析的时候
常常是在常温下来分析的
这个UT呢
大概是26毫伏
常温是什么呢
就是热力学温度300度
那通过这样的一个式子
我们就知道了它们
在数值上头的关系
这个是反向饱和电流
然后我们看不同材料下它的几个值
硅材料开启电压
大概是0.5伏左右
锗材料是0.1伏左右
导通时候的电压从0.5到0.8
在近似计算里边
我们常常远这之间的一个数值
比如大家看很参考文献选0.7
当然你也可以选
0.65 0.75 0.6都可以的
就看你需要什么样的近似程度
锗材料的导通电压
是0.1到0.3伏
那在近似计算里面
文献上我们所看到的
经常取0.2
它的反向饱和电流
这个参数或者说这些参数
它都应该有测试的条件
比如反向饱和电流
它一定有一个
它测试的温度条件
硅材料是一个微安以下
而锗材料是几十个微安
那由此我们可以看到
硅材料制成的二极管的
单向导电性能
要好于锗材料的二极管
所以后面我们所讲的
半导体的器件
绝大多数我是用的硅材料
所组成的 所制造成的半导体器件
有了这样一个方程
我们再回头来看一看
它和我们测试出来的
这个伏安特性
它之间是有什么样的相关性
当我们给它加正向电压的时候
而且这个电压远远大于UT
这很容易做到
因为常温下UT是26豪伏
你给它加比如说0.6几伏0.7伏
在这样一个式子里边
我们就可以看到
说在这个式子里边
e的UT分之u
这一项是远远大于1的
这1就可以忽略不计了
于是正向的时候
这个i就近似等反向饱和电流
乘以e的UT分支u次方
那什么叫做远远大于呢
在今后的课程里边
我们常常会做近似分析的时候
说某一个物理量
远远大于另外一个物理量
那就看你对于误差的要求
通常我们说的远远大于
至少要大于10倍
甚至20倍 甚至更多
误差越小 那就远远大于
那个倍数就应该是越大
所以这样我们就看到
说正向特性
这个i和u之间
它们之间的关系
应该是一个指数的关系
所以正向特性
是一个指数曲线
而反向特性呢
如果我们选择了这个U
是一个负值
它的数值也是远远大于UT
这个就是一个e的UT分之
u分之1
那它就远远的小于了1
所以呢这时候的i
就近似的等于负的IS
那我们看到的就是反向特性
几乎是横轴的平行线
由此我们就可以知道
它的电流方程
是从半导体物理这个角度
分析出来的结果
和我们真正去测试一个
二极管它的伏安特性
是完全一致的
我们经常说 说半导体器件
说它的温度性
稳定性比较差
温度对于伏安特性
是怎么影响的呢
我们可以看一看
在这里实线表示的是
摄氏20度所测试的伏安特性
虚线表示的是摄氏80度的时候
伏安特性
假如我们看
它们在同一个i的时候
所需要的压降就不难得出
这么一个结论
摄氏80度的时候所需要压降
要比摄氏20度所需要的压降小
那同样我们也可以看
假如说我们给了压降一样的话
20度它的电流是比较小的
到80度的时候
我们看到这个电增大了很多
所以我们就得到一个结论
说当电流不变的情况下
管压降是会下降的
然后我们再看反向特性
虚线是摄氏80度的
实线是摄氏20度的
那我们看到 这个虚线下移
就说明它反向饱和电流大
原因就是温度升高
价电子挣脱共价键的数量增多
参与漂移运动的
少数载流子的数目增多
从而在外部看到反向电流会增大
同时我们也看到
由于价电子和自由电子
它们本身热运动加剧
就使得更容易被外加的
反向电压击穿
所以击穿电压减小
整个总体来看
就是正向的特性左移
而反向特性下移
有一个数据就是
在电流不变的情况下
每变化一个摄氏度
它端电压的变化
是2到2.5毫伏
而反向的饱和电流
温度每变化10度
它会变化一倍
所以由此我们可以看到
反向饱和电流对于
整个电路它温度的整个的器件
温度的稳定性的影响
是非常大的
因此在真正的
一个实用的电路里面
我们要考虑它使用的温度环境
因此在选用二极管的时候
要注意它们的测试条件
我利用一个EDA的软件
叫Multisim
来测试了二极管的伏安特性
从这里边可以看到
在不同的端电压的时候
它的电流值
这里注意呢
这个光标在什么位置上
然后底下就可以读出
它们的数值
我在这儿特别提醒大家
就是二极管的导通电压
它不是常量
为什么会提出这个问题呢
因为大家在今后的计算的时候
对于硅管
当它一个PN结导通的时候
我们经常会用0.7伏
来进行近似计算
注意 这是近似
而对于一个二极管
在实际电路里边
如果我们实测它的端电压
它不会是一个常量
-1.1模拟信号与模拟电路
-1.2模拟电子技术基础课程特点及如何学习该课程
-2.1本征半导体
--本征半导体
-2.1本征半导体--作业
-2.2杂质半导体
--杂质半导体
-2.2杂质半导体--作业
-2.3 PN结的形成及其单向导电性
-2.3 PN结的形成及其单向导电性--作业
-2.4 PN 结的电容效应
-2.4 PN 结的电容效应--作业
-2.5半导体二极管的结构
-2.5半导体二极管的结构--作业
-2.6半导体二极管的伏安特性和电流方程
--2.6半导体二极管的伏安特性和电流方程
-2.7二极管的直流等效电路（直流模型）
-第一部分--2.7二极管的直流等效电路（直流模型）
-2.8二极管的交流等效电路和主要参数
-第一部分--2.8二极管的交流等效电路和主要参数
-实验1-二极管伏安特性的测试
-2.9晶体三极管的结构和符号
-2.9晶体三极管的结构和符号--作业
-2.10晶体三极管的放大原理
-第一部分--2.10晶体三极管的放大原理
-2.11晶体三极管的输入特性和输出特性
-2.11晶体三极管的输入特性和输出特性--作业
-实验2-三极管输出特性的测试
-第一部分--作业
-2.12晶体三极管的三个工作区域及温度对特性的影响
--2.12晶体三极管的三个工作区域及温度对特性的影响
-2.13晶体三极管的主要参数
-第二部分--2.13晶体三极管的主要参数
-3.1放大的概念
--3.1放大的概念
-第二部分--3.1放大的概念
-EDA应用1-2-半导体二极管和三极管特性的测试
-3.2 放大电路的性能指标
--Video
-第二部分--3.2 放大电路的性能指标
-实验3-放大电路（黑盒子）性能指标的测试
-3.3基本共射放大电路的组成及各元件的作用
-3.3基本共射放大电路的组成及各元件的作用--作业
-EDA应用3-在Multisim环境中电路的搭建
-3.4基本共射放大电路的波形分析
-3.4基本共射放大电路的波形分析--作业
-3.5放大电路的组成原则和两种实用的放大电路
--3.5放大电路的组成原则和两种实用的放大电路
-3.6放大电路的直流通路和交流通路
-第二部分--3.6放大电路的直流通路和交流通路
-3.7放大电路的分析方法—图解法
-第二部分--3.7放大电路的分析方法—图解法
-3.8图解法用于放大电路的失真分析
--3.8图解法用于放大电路的失真分析
-3.9直流负载线和交流负载线
-第二部分--3.9直流负载线和交流负载线
-第二周作业
--第二周作业题
-EDA应用4-基本共射放大电路的电压传输特性
-3.10放大电路的等效模型及其建立方法
-第三部分--3.10放大电路的等效模型及其建立方法
-3.11晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）
-第三部分--3.11晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）
-3.12基本共射放大电路的动态分析
-第三部分--3.12基本共射放大电路的动态分析
-3.13学会选用合适的方法来分析电路
-第三部分--3.13学会选用合适的方法来分析电路
-3.14放大电路中静态对动态的影响
--3.14放大电路中静态对动态的影响
-3.15静态工作点的稳定
-第三部分--3.15静态工作点的稳定
-3.16典型的静态工作点稳定电路的分析
--3.16典型的静态工作点稳定电路的分析
-3.17稳定静态工作点的方法
--3.17稳定静态工作点的方法
-EDA应用5-共射放大电路中电阻参数对静态工作点的影响
-第三周作业
-EDA应用6-温度对静态工作点的影响
-实验4-静态工作点稳定共射放大电路的测试
-3.18基本共集放大电路
--3.18基本共集放大电路
-3.19基本共基放大电路
-第四部分--3.19基本共基放大电路
-3.20晶体管基本放大电路三种接法的比较
--3.20晶体管基本放大电路三种接法的比较
-3.21结型场效应管的工作原理
-第四部分--3.21结型场效应管的工作原理
-3.22 N沟道结型场效应管的特性
-第四部分--3.22 N沟道结型场效应管的特性
-3.23 N沟道增强型绝缘栅型场效应管（增强型MOS管）
--3.23 N沟道增强型绝缘栅型场效应管（增强型MOS管）
-3.23 N沟道增强型绝缘栅型场效应管（增强型MOS管）--作业
-3.24 N沟道耗尽型MOS管
-第四部分--3.24 N沟道耗尽型MOS管
-3.25场效应管的分类
-第四部分--3.25场效应管的分类
-第四周作业题
-3.26场效应管放大电路静态工作点的设置方法
-第五部分--3.26场效应管放大电路静态工作点的设置方法
-3.27场效应管放大电路的动态分析
-第五部分--3.27场效应管放大电路的动态分析
-EDA应用7-共源放大电路的测试
-实验5-共源放大电路的测试
-3.28复合管
--3.28复合管
-第五部分--3.28复合管
-4.1多级放大电路的耦合方式—直接耦合
-第五部分--4.1多级放大电路的耦合方式—直接耦合
-4.2多级放大电路的耦合方式—阻容耦合、变压器耦合
-第五部分--4.2
-4.3多级放大电路的耦合方式—光电耦合
-第五部分--4.3多级放大电路的耦合方式—光电耦合
-4.4多级放大电路的动态参数分析
--4.4多级放大电路的动态参数分析
-4.5多级放大电路的讨论
--4.5多级放大电路的讨论
-第五周作业
-实验6-两级放大电路的测试
-4.6集成运放概述—结构特点、电路组成及电压传输特性
-4.6集成运放概述—结构特点、电路组成及电压传输特性--作业
-4.7零点漂移现象及差分放大电路的组成
-第六部分--4.7零点漂移现象及差分放大电路的组成
-4.8对差分放大电路的需求分析及长尾式差分放大电路的静态分析
--4.8对差分放大电路的需求分析及长尾式差分放大电路的静态分析
-第六部分--4.8对差分放大电路的需求分析及长尾式差分放大电路的静态分析
-4.9长尾式差分放大电路的动态分析
-第六部分--4.9长尾式差分放大电路的动态分析
-4.10双端输入单端输出差分放大电路
--4.10双端输入单端输出差分放大电路
-4.11单端输入双端输出差分放大电路及四种接法比较
-第六部分--4.11单端输入双端输出差分放大电路及四种接法比较
-4.12具有恒流源的差分放大电路
-第六部分--4.12具有恒流源的差分放大电路
-4.13差分放大电路的改进
-第六部分--4.13差分放大电路的改进
-EDA应用8-直接耦合多级放大电路的辅助设计
-作业
--第六周作业
-4.14电流源电路—镜像电流源、微电流源
--4.14电流源电路—镜像电流源、微电流源
-4.15电流源电路 —多路电流源
-第七部分--4.15电流源电路 —多路电流源
-4.16有源负载放大电路
--4.16有源负载放大电路
-4.17互补输出级的电路组成及工作原理
-4.17互补输出级的电路组成及工作原理--作业
-4.18消除交越失真的互补输出级和准互补输出级
-第七部分--4.18消除交越失真的互补输出级和准互补输出级
-4.19放大电路读图方法及双极型集成运放原理电路分析
-第七部分--4.19
-4.20单极型（CMOS）集成运放原理电路分析
--第七部分 4.20单极型（CMOS）集成运放原理电路分析
-4.21集成运放的主要性能指标
-第七部分--4.21集成运放的主要性能指标
-4.22集成运放的分类
-第七部分--4.22集成运放的分类
-4.23集成运放的保护电路以及低频等效电路
--第七部分 4.23集成运放的保护电路以及低频等效电路
-作业
-5.1频率响应的有关概念
--第八部分 5.1频率响应的有关概念
-5.2晶体管的高频等效电路
-第八部分--5.2晶体管的高频等效电路
-5.3晶体管电流放大倍数的频率响应
-第八部分--5.3晶体管电流放大倍数的频率响应
-5.4单管共射放大电路的中频段
-5.4单管共射放大电路的中频段--作业
-5.5单管共射放大电路低频段的频率响应
-第八部分--5.5单管共射放大电路低频段的频率响应
-5.6单管共射放大电路高频段的频率响应
-第八部分--5.6单管共射放大电路高频段的频率响应
-5.7单管共射放大电路的波特图及带宽增益积
-第八部分--5.7单管共射放大电路的波特图及带宽增益积
-5.8单管共源放大电路的频率响应
--第八部分 5.8单管共源放大电路的频率响应
-5.9多级放大电路的频率响应
-5.9多级放大电路的频率响应--作业
-5.10关于频率响应的讨论
-第八部分--5.10关于频率响应的讨论
-EDA应用9-两级放大电路频率响应的测试
-实验7-两级放大电路频率响应的测试
-第八周习题
-6.1什么是反馈
--6.1什么是反馈
-6.1什么是反馈--作业
-6.2正反馈与负反馈、直流反馈和交流反馈、局部反馈和级间反馈
--6.2正反馈与负反馈、直流反馈和交流反馈、局部反馈和级间反馈
-第九部分--6.2正反馈与负反馈、直流反馈和交流反馈、局部反馈和级间反馈
-6.3交流负反馈的四种组态
-第九部分--6.3交流负反馈的四种组态
-6.4有无反馈、直流与交流反馈的判断
-6.4有无反馈、直流与交流反馈的判断--作业
-6.5正反馈和负反馈的判断
-第九部分--6.5正反馈和负反馈的判断
-6.6交流负反馈四种组态的判断
-第九部分--6.6交流负反馈四种组态的判断
-6.7分立元件放大电路中反馈的分析
-第九部分--6.7分立元件放大电路中反馈的分析
-6.8负反馈放大电路的方框图及一般表达式
-第九部分--6.8负反馈放大电路的方框图及一般表达式
-6.9基于反馈系数的放大倍数的估算方法
-第九部分--6.9基于反馈系数的放大倍数的估算方法
-第九周作业
-6.10基于理想运放的电压放大倍数的计算方法
--第十部分 6.10基于理想运放的电压放大倍数的计算方法
-6.11深度负反馈放大电路电压放大倍数的讨论
--第十部分 6.11深度负反馈放大电路电压放大倍数的讨论
-6.12引入交流负反馈提高放大倍数的稳定性并改变输入、输出电阻
--6.12引入交流负反馈提高放大倍数的稳定性并改变输入、输出电阻
--第十部分 6.12引入交流负反馈提高放大倍数的稳定性并改变输入、输出电阻
-6.13引入交流负反馈展宽频带、减小非线性失真
--第十部分 6.13引入交流负反馈展宽频带、减小非线性失真
-实验8-交流负反馈对放大电路性能的影响
-6.14如何根据需求引入负反馈
--第十部分 6.14如何根据需求引入负反馈
-6.15负反馈放大电路产生自激振荡的原因及条件
--第十部分 6.15负反馈放大电路产生自激振荡的原因及条件
-6.16负反馈放大电路稳定性分析
--第十部分 6.16负反馈放大电路稳定性分析
-6.17简单滞后补偿
--第十部分 6.17简单滞后补偿
-6.18放大电路中的正反馈
--第十部分 6.18放大电路中的正反馈
-第十周作业
-期末考试
--期末作业
