二極體方程——二極體的數學模型

2022-01-09 光電讀書

來源：麵包板博客——口口木博主

導讀

二極體是最常用的半導體元器件之一，提到二極體大家最先想到的特性是其單向導通能力，即只允許電路中的電流向一個方向流動，阻止電流向相反的方向流動。

除此之外，二極體的其它特性大家還了解多少呢？

對我而言，我想了解的應該是不多的。鑑於二極體是最常用的元器件之一，因此我認為更多的了解二極體的特性，對於二極體的應用或者電路的設計是十分有幫助的，故和大家一起重新複習和思考二極體的知識，今天我們先來複習二極體的數學模型，如有不對的地方歡迎指正。

在二極體兩端施加電壓vD，如圖1所示，那麼二極體上將會有電流iD流過，vD和iD的關係即為二極體的方程，見下面數學表達式所示，也就是二極體的i-v特性。

                                                                      

式中，IS 是二極體的反向飽和電流（A）；VT = kT/q為熱電壓（V）;k是玻爾茲曼常數（1.38×10-23J/K）；q是電子電荷量（1.6×10-19 C；T是熱力學溫度（K）；n是非理想因數；

圖1 施加電壓vD的二極體

說明

反向飽和電流IS 並不是datasheet中的反向漏電流，反向飽和電流實際上來源於PN結耗盡區的熱電子-空穴對，因此與耗盡區的體積琚正比。當二極體反偏時，反向電流實際上不會飽和，而是隨反偏電壓的增加而緩慢增大；另外飽和電流IS 受溫度的影響極大；

 25℃下，熱電壓VT = kT/q = 1.38×10-23*(273+25)/1.6×10-19 = 0.0257 V，100℃下，熱電壓VT = kT/q = 1.38×10-23*(273+100)/1.6×10-19 = 0.0824 V；

隨著溫度的升高，熱電壓VT 變大，反向飽和電流IS 也大幅變大，因此正偏時i-v特性曲線左移，反偏時i-v特性曲線下移，如圖2所示。

圖2 溫度升高二極體i-d特性曲線變化



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