電子基礎概念(8)——半導體二極管的伏安特性


電子基礎概念(8)——半導體二極管的伏安特性

我們目前知道了二極管的結構,那麼我們現在從外部看一看,二極管它的端電壓和流入它的電流之間有什麼樣的關係?我們把這樣的關係稱之為伏安特性,以端電壓作為自變量,以流過它的電流作為函數。

實驗流程是這樣的:我們在二極管外部加一個電源電壓(注意,迴路裡面要有限流的電阻),然後我們改變這個電壓,從而改變了二極管的端電壓,然後測試在這個端電壓下,它流過的電流是多少,這樣我們就得到了二極管的伏安特性:伏安特性準確地說,它應該是一個穩態的特性,所以應該是逐點測試出來的。如圖所示:

電子基礎概念(8)——半導體二極管的伏安特性

我們從伏安特性裡面,可以讀出它的一些基本的參數,為了讀這些參數,並且為了畫出這樣一個伏安特性,我們將縱軸上它的正方向和負方向的電流,採用兩種不同的單位(正的用的毫安,因為小功率管,一般它流過的電流是毫安級的。反向的特性呢,我們用的是微安,因為少數載流子,它運動所引起的外部看到的電流數值非常小。為了在一個平面裡面畫出來,所以呢它們的單位是不一樣的)

那麼在這樣一個伏安特性裡面,我們能夠讀出這樣幾個數值:

一個呢,就是它的端電壓引起它流過電流的變化(這是加正向電壓的情況),我們把明顯看到端電壓對於它流過電流的這樣一種控制關係的這個電壓稱為開啟電壓Uon這是我們看到的一個參數。原因是:這時候我們因此初次觀測到了電流的產生。那為什麼它不是比0大一點點它就能夠開啟呢?原因就在於二極管封裝的過程中,引出點要降掉一部分壓降,還有一個原因在於PN結,你要足以使得它內部的電場削弱到一定程度,你在外部才能看到,這樣一個電流的變化,所以呢它有一個開啟電壓。

還看到一個參數,我們叫它反向飽和電流Is,看方向特性,它的端電壓從零逐漸增大的時候,反向的電流也發生了明顯的增大,但是大到一定程度,我們可以看到,反向特性幾乎平行於橫軸,原因就是:當反向電壓加上之後逐漸增大,參與漂移運動的少數載流子的個數在逐漸增多,從外部看就是電流在逐漸增大,然後你大到一定程度了,幾乎所有的少數載流子都參與了漂移運動,那麼你再增大電壓也沒有更多的少數載流子參與飄逸運動了,外部看到的就是這個電流幾乎是不變的了。

然後我們看反向特性,反向的電壓加到一定的程度的時候,我們看到反向電流驟然增大,我們把它的這個電壓叫做擊穿電壓。二極管或者PN結在這兩種情況下會損壞:一種就是正向電流過大,我們叫它燒壞了,它是由於正向的電流過大,溫度升的過高導致PN結被損壞。還有一種呢,叫擊穿,二極管擊穿指的是反向電壓加的太大了,使得它的空間電荷區,也就是耗盡層的結構破壞了

所以二極管損壞,正向時候是因為電流過大,反向時候,是因為反向電壓過大。


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