二極體導通壓降的原理詳解 二極體導通壓降詳解

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二極體導通壓降的原理詳解 二極體導通壓降詳解

工程師譚軍 發表於 2018-08-31 09:36:22

　　本文主要是關於二極體導通壓降的相關介紹，並著重對二極體導通壓降的原理及其應用進行了詳盡的闡述。

　　二極體

　　二極體，（英語：Diode），電子元件當中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極體（Varicap Diode）則用來當作電子式的可調電容器。大部分二極體所具備的電流方向性我們通常稱之為「整流（Rectifying）」功能。二極體最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過（稱為順向偏壓），反向時阻斷 （稱為逆向偏壓）。因此，二極體可以想成電子版的逆止閥。早期的真空電子二極體；它是一種能夠單向傳導電流的電子器件。在半導體二極體內部有一個PN結兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導性。一般來講，晶體二極體是一個由p型半導體和n型半導體燒結形成的p-n結界面。在其界面的兩側形成空間電荷層，構成自建電場。當外加電壓等於零時，由於p-n 結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處於電平衡狀態，這也是常態下的二極體特性。早期的二極體包含「貓須晶體（「Cat『s Whisker」 Crystals）」以及真空管（英國稱為「熱游離閥（Thermionic Valves）」）。現今最普遍的二極體大多是使用半導體材料如矽或鍺。

　　工作原理

　　晶體二極體為一個由p型半導體和n型半導體形成的pn結，在其界面處兩側形成空間電荷層，並建有自建電場。當不存在外加電壓時，由於pn結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處於電平衡狀態。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓範圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0。當外加的反向電壓高到一定程度時，pn結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，產生了數值很大的反向擊穿電流，稱為二極體的擊穿現象。pn結的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。

　　什麼是二極體的壓降和導通壓降

　　二極體正嚮導通後，它的正向壓降基本保持不變（矽管為0.7V，鍺管為0.3V）。

　　正向特性

　　在電子電路中，將二極體的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極體就會導通，這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當加在二極體兩端的正向電壓很小時，二極體仍然不能導通，流過二極體的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數值（這一數值稱為「門檻電壓」，鍺管約為0.2V，矽管約為0.6V）以後，二極體才能直正導通。導通後二極體兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3V，矽管約為0.7V），稱為二極體的「正向壓降」。

　　反向特性

　　在電子電路中，二極體的正極接在低電位端，負極接在高電位端，此時二極體中幾乎沒有電流流過，此時二極體處於截止狀態，這種連接方式，稱為反向偏置。二極體處於反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極體，稱為漏電流。當二極體兩端的反向電壓增大到某一數值，反向電流會急劇增大，二極體將失去單方向導電特性，這種狀態稱為二極體的擊穿。

　　二極體導通壓降的原理詳解

　　1、二極體導通電壓

　　二極體最大特性是具有單向導通性，因此被廣泛應用於整流電路、開關電路、保護電路等場合。所謂單向導電性，是指在二極體PN結兩端接入反向電壓時，二極體截止；在PN結兩端接一定值的正向電壓時，二極體才能導通。這個一定值的正向電壓，就是二極體的正嚮導通壓降。大學學習時常把二極體導通壓降認定為0.7V，但實際上，二極體的正嚮導通壓降並不是固定不變，而是和二極體流過的電流、環境溫度有關，它們的關係如下。

　　i = IS（equ/kT - 1）

　　其中，IS是二極體的反向飽和電流，q是電子電量，k是玻爾茲曼常數，T是熱力學溫度。在二極體的datasheet中也可以看到正向電壓的曲線圖。

　　

　　當溫度一定時，流過二極體的電流越大，導通電壓越大。本人由於需要，將1N4148接在電源輸出端做防反接，當流過0～100mA電流時，1N4148輸出端電壓紋波達600mV，導致系統工作不正常。

　　

　　由於二極體的導通壓降和流過的電流成正比，減小電流的跳動範圍，就可以減小導通壓降的變化幅度。在二極體輸出端加入10mA的恆定負載，當流過1N4148的電流從10mA至100mA時，輸出電壓紋波降到了260mV。

　　

　　2、二極體結電容

　　二極體結電容也是容易被人忽視的重要參數。在低頻電路中，結電容的影響可以忽略不計。但在高頻電路中，結電容過大甚至能造成電路工作不正常。

　　以ESD保護二極體為例。為了防止外部靜電損壞內部電路，在高速通訊接口處通常都會加上ESD保護器件。ESD本身存在數十皮法的結電容，由於高速信號驅動能力有限，結電容越大，總線頻率越高，信號上升時間就越大，最終可能造成總線通訊失敗。因此將二極體應用在高速信號上時，儘量選擇結電容小的型號。

　　如果二極體型號已經確定無法修改，而又要降低結電容時該怎麼辦呢？

　　

　　從上表看到，二極體結電容和其承受的反向電壓呈反比，反向電壓越大，結電容越小。因此可以通過增大二極體承受的反向電壓來降低二極體的結電容。

　　結語

　　關於二極體導通壓降的相關介紹就到這了，希望本文能對你有所幫助。

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