二极管伏安特性

二极管伏安特性曲线的理论分析
二极管伏安特性曲线是指二极管在不同的电流和电压条件下的特性曲线，它可以反映出二极管的工作特性。

首先，我们来看一下二极管伏安特性曲线的基本结构。

二极管伏安特性曲线的基本结构是一条从左上角到右下角的抛物线，其中左上角的点代表二极管的开关状态，右下角的点代表二极管的饱和状态。

接下来，我们来看一下二极管伏安特性曲线的理论分析。

二极管伏安特性曲线的理论分析是基于二极管的物理结构和工作原理，以及电路中的电压和电流的变化。

首先，我们来看一下二极管的物理结构和工作原理。

二极管是一种由两个半导体层组成的电子器件，其中一个半导体层是N 型半导体，另一个半导体层是P型半导体。

N型半导体层和P 型半导体层之间形成了一个受控的电子通道，当电压施加到N 型半导体层和P型半导体层之间时，电子通道就会打开，从而使电流流过。

其次，我们来看一下电路中电压和电流的变化。

当电压施加到N型半导体层和P型半导体层之间时，电流会随着电压的增加而增加，但是当电压超过一定的阈值时，电流就会达到饱和状态，此时电流不再随着电压的增加而增加。

最后，我们来看一下二极管伏安特性曲线的理论分析。

根据二极管的物理结构和工作原理，以及电路中电压和电流的变化，我们可以得出二极管伏安特性曲线的理论分析：当电压施加到N型半导体层和P型半导体层之间时，电流会随着电压的增加而增加，但是当电压超过一定的阈值时，电流就会达到饱和状态，此时电流不再随着电压的增加而增加，从而形成了从左上角到右下角的抛物线形的二极管伏安特性曲线。

以上就是二极管伏安特性曲线的理论分析，它可以反映出二极管的工作特性，为电子工程师提供了重要的参考依据。

表征二极管
二极管是一种电子器件，它只允许电流在一个方向上流动。

表征二极管的方法和参数有很多，以下是一些主要的参数：
1.伏安特性：描述二极管两端电压与电流之间的关系。

在正向特性部分，当电压小于死区电压时，电流几乎为零；当电压大于死区电压时，电流随电压的增大而迅速上升。

在反向特性部分，当电压反向施加时，二极管处于截止状态，电流几乎为零。

2.反向击穿电压：当二极管反向电压增大到一定程度时，会发生反向击穿现象，此时电流急剧增大。

反向击穿电压是二极管的一个重要参数，它决定了二极管能承受的最大反向电压。

3.正向导通电阻：当二极管正向偏置时，其电阻值随正向电流的增大而减小。

通常所说的正向电阻是指二极管正向导通时的直流电阻。

4.反向漏电流：当二极管反向偏置时，会有微弱的电流流过管子。

这个电流称为反向漏电流，它随着温度的升高而增大。

5.开关特性：二极管在正向导通和截止状态之间转换时，需要一定的时间。

开关特性描述了二极管在正向和反向状态之间切换的速度。

6.温度特性：二极管的某些参数会随温度发生变化，如伏安特性、正向压降、反向漏电流等。

温度特性描述了这些参数与温度之间的关系。

以上是一些常见的表征二极管的参数和方法。

在实际应用中，需要根据不同的需求和场景选择合适的二极管型号和参数。

晶体二极管的伏安特性曲线二极管最重要的特性就是单向导电性，这是由于在不同极性的外加电压下，内部载流子的不同的运动过程形成的，反映到外部电路就是加到二极管两端的电压和通过二极管的电流之间的关系，即二极管的伏安特性。

在电子技术中，常用伏安特性曲线来直观描述电子器件的特性。

根据图1的试验电路来测量，在不同的外加电压下，每转变一次RP的值就可测得一组电压和电流数据，在以电压为横坐标，电流为纵坐标的直角坐标系中描绘出来，就得到二极管的伏安特性曲线。

图1 测量晶体二极管伏安特性a) 正向特性b) 反向特性图2 2CZ54D伏安特性曲线图3 2AP7伏安特性曲线图2和图3分别表示硅二极管2CZ54D和锗二极管2AP7的伏安特性曲线，图中坐标的右上方是二极管正偏时，电压和电流的关系曲线，简称正向特性；坐标左下方是二极管反偏时电压和电流的关系曲线，简称反向特性。

下面我们以图1为例加以说明。

当二极管两端电压为零时，电流也为零，PN结为动态平衡状态，所以特性曲线从坐标原点0开头。

（一）正向特性1. 不导通区（也叫死区）当二极管承受正向电压时，开头的一段，由于外加电压较小，还不足以克服PN结内电场对载流子运动的阻挡作用，因此正向电流几乎为零，二极管呈现的电阻较大，曲线0A段比较平坦，我们把这一段称作不导通区或者死区。

与它相对应的电压叫死区电压，一般硅二极管约0.5伏，锗二极管约0.2伏（随二极管的材料和温度不同而不同）。

2. 导通区当正向电压上升到大于死区电压时，PN结内电场几乎被抵消，二极管呈现的电阻很小，正向电流增长很快，二极管正向导通。

导通后，正向电压微小的增大会引起正向电流急剧增大，AB 段特性曲线陡直，电压与电流的关系近似于线性，我们把AB 段称作导通区。

导通后二极管两端的正向电压称为正向压降（或管压降），也近似认为是导通电压。

一般硅二极管约为0.7伏，锗二极管为0.3伏。

由图可见，这个电压比较稳定，几乎不随流过的电流大小而变化。

二极管伏安特性
二极管伏安特性是衡量二极管的电特性指标，它是指将电流从零到最大至，电压会变成多少的情况。

二极管的伏安特性是由当前的特性和二极管结构的特性决定的。

随着电流的增加，二极管的电压会逐渐增加，这个过程中所形成的折线图，就是二极管的伏安特性图。

二极管伏安特性的特点是，当恒定电流通过二极管时，电压呈现负斜率，而电流更改时，压降不会立即变动，只有在达到一定以上级别时候，会发生变化。

二极管伏安特性对于了解二极管的动态特性有重要的誊录作用，其伏安曲线用来表示电流和电压关系，可以用来准确地测量二极管的特性参数，同时也被用来分析二极管的电路及其性能。

二极管的伏安特性受到温度的影响，温度的升高会导致正向击穿击穿晶体管的压降值减小，导致正向漏电流增加，硅锗电流也减小。

此外，温度的升高也会对二极管的能量效率有很大的负面影响，使用的热能因此耗费会增加，二极管的耐温设备因此受到限制。

由于二极管具有重要的应用价值，因此，我们需要理解并估算二极管的伏安特性，以更好地提高其使用寿命和可靠性，更有效地提高设备性能。

一、二极管伏安特性分析1.二极管静态特性i随着正向电压增大到门槛电压U to（二极管开启电压），二极管导通。

ii电压U f为二极管导通时的正向电压降iii当承受反向电压时，二极管截至，只有微小的少子漂移运动形成的反向漏电流。

iv当反向电压过大，二极管会反向击穿，普通二极管将不可逆损坏。

v稳压二极管则是利用二极管的反向击穿工作。

将稳压二极管并联在负载两端二极管反向击穿后，电流虽然在很大范围内变化，但是稳压二极管两端的电压则在很小的范围内变化，起到稳定负载两端电压的作用。

2.二极管动态特性关断过程i. tF前，二极管由于存在空间电荷区，可以看作有并联一个结电容，二极管开通时，电容两端电压等于二极管两端电压（二极管导通电压）。

ii .tF时，二极管接反向电压，此时二极管并没有马上截止，二极管结电容向二极管放电，空间电荷区开始变宽。

此时，二极管继续导通，但是电压降低，电流减小。

iii. t0时，二极管正偏继续导通，t0~t1阶段，虽然电流降到0，但是电容上的正电荷仍然存在，二极管正偏。

t0~t1阶段是去除电容上的正电荷，t1时，二极管开始截止。

iv. t1时，二极管截止，t1~t2阶段反向电压对结电容（耗尽层）充电，直到二极管完全承受外部所加的反向电压，进入稳定的反向截止状态。

开通过程i. 当加正向电压时，开始对电容充电，继续增加电压推动耗尽层变窄，t fr时进入稳定的正向导通状态。

此时i F和u F满足二极管的伏安特性。

3.温度对二极管伏安特性的影响随着温度升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电流增大。

温度升高，本征激发产生的少子浓度增加，导致内电场的电位差降低，所以二极管正向导通电压降低。

二、二极管的主要参数1.最大整流电流I FI F是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，其值与PN结面积及外部散热条件有关2.最高反向工作电压U RU R是二极管工作时允许加的最大反向电压，一般为击穿电压(U BR)的一半。

半导体二极管的伏安特性曲线
半导体二极管的伏安特性曲线如图1所示。

处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。

图1 二极管的伏安特性曲线
1. 正向特性
当V＞0，即处于正向特性区域。

正向区又分为两段：
当0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称为死区电压或开启电压。

当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。

硅二极管的死区电压Vth＝0.5 V左右，
锗二极管的死区电压Vth＝0.1 V左右。

2. 反向特性
当V＜0时，即处于反向特性区域。

反向区也分两个区域：
当VBR＜V＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。

当V≥VBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。

在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。

硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。

从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|≥7V时，主要是雪崩击穿；若VBR≤4V则主要是齐纳击穿，当在4V～7V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。

【精品】测量二极管的伏安特性测量二极管的伏安特性是一种实验，用于研究二极管在电压变化时的电流行为。

通过这种方式，我们可以了解二极管的基本性质和行为。

本实验主要采用控制变量法，即在保证其他因素不变的情况下，改变输入电压，观察输出电流的变化。

一、实验目的：1.理解二极管的单向导电性；2.了解二极管的伏安特性曲线；3.掌握二极管的基本应用。

二、实验原理：二极管是一种具有单向导电性的半导体器件。

在正向偏置时，电流可以流过二极管；而在反向偏置时，电流被阻止。

二极管的伏安特性曲线反映了电压与电流之间的关系。

三、实验步骤：1.准备实验器材：电源、电阻器、二极管、开关、导线、电压表和电流表。

2.将电源、电阻器、二极管、开关、电压表和电流表按照正确的连接方式连接起来。

3.先将二极管短路，调节电源电压，观察电压表和电流表的读数，并记录下来。

4.然后将二极管接入电路中，重复步骤3，记录下不同电压下的电流值。

5.根据实验数据绘制二极管的伏安特性曲线。

四、实验结果与分析：1.在本次实验中，我们观察到二极管具有明显的单向导电性。

当电压为正向偏置时，电流能够顺利通过二极管；而当电压为反向偏置时，电流几乎为零。

这说明二极管可以有效地阻止反向电流。

2.通过实验数据，我们发现随着电压的增加，电流也逐渐增加。

这是因为当电压增大时，电场力增强，驱使载流子加速运动，导致电流增加。

这一趋势在伏安特性曲线上表现为斜率逐渐增大的直线段。

3.在高电压区域，伏安特性曲线的斜率有所减小。

这是由于在高电压下，载流子的速度接近饱和，导致电流增加的速度减缓。

此外，在高电压区域还可能存在其他的一些物理效应，如空间电荷区的扩展等，这些效应也会影响电流的增长速度。

4.通过本次实验，我们得出二极管的伏安特性曲线是一条斜率逐渐增大的直线，并在高电压区域有所弯曲。

这一曲线反映了二极管的单向导电性和它的基本性质。

根据这一特性，我们可以将二极管应用于各种电路中，如整流电路、开关电路等，以实现电能的有效转换和控制。

二极管的伏安特性二极管既然是一个PN结，具有单向导电性。

二极管的伏安特性是正向特性。

二极管伏安特性曲线的第一象限称为正向特性，表示外加正向电压时二极管的工作情况。

在正向特性的起始部分，由于正向电压很小，外电场还不足以克服内电场对多数载流子的阻碍作用，正向电流几乎为零，这一区域称为正向二极管的伏安特性曲线。

二极管伏安的正向特性，理想的二极管，正向电流和电压成指数关系。

实际的二极管，加正向电压的时候，需要克服PN结内电压，所以电压要大于内电压时，才会出现电流。

二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，二极管处于截止状态，这种连接方式称为反向偏置。

二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电电流。

有两个显著特点:一是受温度影响很大；二是反向电压不超过一定范围时，其电流大小基本不变，即与反向电压大小无关。

二极管伏安的反向特性：理想的二极管不论反向电压多大，反向都无电流。

实际的二极管，反向截止时，是有电流的，这个电流叫做反向饱和电流。

在电压没有达到反向击穿电压时，二极管的电流一直等于方向饱和电流。

当反向电压继续增加到某一数值时，二极管中的反向电流会突然增大称此时二极管发生了反向击穿。

发生反向击穿时PN结有很大的反向电流，严重时将导致PN结损坏，所以普通二极管应该避免被击穿。

当电压大到一定程度，二极管被反向击穿，电流急剧增大。

反向击穿分齐纳击穿和雪崩击穿两种。

有的二极管击穿后撤去反向电压，还能恢复原状态，比如稳压二极管就是工作在反向击穿区的。

有的反向击穿就直接烧坏了。

二极管是双端子电子元件，传导电流主要在一个方向；它在一个方向上具有低电阻，在另一个方向上具有高电阻。

二极管真空管或热电子二极管是一种具有两个电极，一个加热的阴极和一个板的真空管，其中电子只能沿一个方向从阴极到板流动。

收稿日期:2004—05—10作者简介:王春会(1974-),女,辽宁朝阳市人,讲师,主要从事应用电子教学研究.【学术研究】介绍测二极管伏安特性的几种方法王春会1,佟瑞栋2(11朝阳师专,辽宁朝阳122000;21朝阳市第六中学,辽宁朝阳122000) 摘　要:通过对电表内接法、外接法、补偿法、电桥法、等效法等测二极管的伏安特性曲线的研究,评价出测量二极管伏安特性曲线的最佳方法.关键词:V -I 特性曲线;电流表;电压表;检流计中图分类号:O44116 文献标识码:A 文章编号:1008-5688(2006)03-0008-02测量二极管的伏安特性曲线是大学物理实验的重要内容之一.教学中通常使用电流表内接法和外接法,此外还有补偿法、电桥法和等效法等.本文就这几种测量方法的优缺点作一比较.1　电流表内接法如图1所示(开关K 打向1位置),这时电流表的读数I 为通过二极管D 的电流I D ;电压表上的读数V 不是二极管两端的电压V D ;而是二极管两端电压和电流表两端电压之和(比实际值偏大),V =V D +V A .如果V 、I 写成欧姆定律形式有: V =I (R D +R A ) (1)用电压表和电流表读数V 、I 作伏安特性曲线图,从(1)式可以看出,它不是二极管的伏安特性曲线,而是电流表和二极管串联后共同的伏安特性曲线.这种方法测量二极管的伏安特性曲线,存在理论误差.而且在测量时随着测量电压V 的提高,二极管的等效电阻R D 也将减小,R A 的作用加大,相对误差增大.但这种测量方法电路简单,操作方便.2　电流表外接法如图1所示(开关K 打向2位置),这时电压表的读数V 等于二极管的两端电压V D ;电流表的读数I 不是流过二极管的电流I D ,而是流过二极管和电压表电流之和(比实际偏大),即I =I D +I V .把V 、I 写成欧姆定律形式有:I =V R V +V R D V =I ・11R V+1R D =I・(R V ∥R D ) (2)用V 、I 作伏安特性曲线,从(2)式可看出,它不是二极管的伏安特性曲线,而是二极管和电压表并联后共同的伏安特性曲线.这种方法测量二极管的伏安特性曲线也存在理论误差,在测量低电压点时,二极管内阻较大,测量误差较大,随着测量点电压变高,二极管内阻变小,误差也相对变小.从(2)式我们可以看出,误差大小取决于电压表内阻和二极管等效电阻的大小.当R V µR D 时,理论误差可以忽略.一般讲,二极管正向电阻都较小,易满足R V µR D ,故电流表外接法测量二极管伏安特性曲线比电流表内接法误差要小,效果相对要好.3　补偿法第8卷第3期2006年9月 辽宁师专学报JournalofLiaoningTeachersCollege Vol 18No 13Sep 12006 补偿法测量基本原理如图2所示.工作原理为:当两直流电源的同极性端相连接,而且其电动势大小恰好相等时(U BC =U BA ),回路中无电流流过灵敏度电流计,G 的指示为0.这时流经电流表A 的电流全部通过二极管(没有任何分流).电压表上的读数就是二极管两端电压V D (G 上无电流,故压降为零).这样在表上读取电压和电流的数据,作V -I 曲线就是二极管的伏安特性曲线.测量步骤如下:(1)调C 点到最左端,调R 点到最大;(2)合上K 1;断开K 0、K;(3)调节C 点到选定电压V ;(4)合上K 、K 0;调节R ,使G 指示为0;(5)闭合和断开K 0看G 有无变化,若有变化则进一步调节R ,直到K 0断开、闭合时G 无变化为止,记录G 和A 的读数;(6)重复2～5步骤,测量出一组V -I 值,作V -I 曲线.补偿法的理论误差为零,测量误差主要来自:一是检流计的灵敏度和电流表、电压表的精度;二是测量过程中的随机误差和过失误差.这种方法测量精度较高,但电路复杂,操作麻烦.4　等效法等效法测量电路如图3所示.测量原理为:保持P 点不变,调节R 0使无论K 在1位置还是2位置,电压表上读数不变,这时有:R P ∥R V ∥R D =R P ∥R V ∥(R A +R 0),所以有:R D =R A+R 0,故I =I A .这里的R P 为R 的P 点下部电阻,可见流过二极管的电流I可通过电流表直接读取,避免了测量二极管支路电流时由于接入电表引起的接入误差.则二极管的伏安特性曲线就是V -I A的关系曲线. 测量步骤如下:(1)P 点调到最下端,R 0调到最大,合上K 1;(2)K 2合到1位置,调节P 点使V 达到测量电压值;(3)保持P 点不动,K 2合到2位置,调节R 0使电压表数值为V (不变),记录下V 、I A 值;(4)重复2～3步骤,测出一组V -I A 值,作出V -I 曲线.这种方法的优点为没有理论误差,线路简单、易操作,测量精度较高,测量误差基本和补偿法一样.5　电桥法利用电桥平衡原理,把电流表A 、电压表V 、被测二极管D 和调节电阻R W 2各作一个桥臂构成电桥电路,电路图如图4所示,图中G 为检流计,R W 2为限流电阻.调节R W 1、R W 2使电桥平衡,则此时电流表上的电流I A即为流经过二极管D 中的电流I D ,电压表所测得的电压等于二极管D 两端的电压V D ,调节R W 1、R W 2选择不同的V D值和相应的I D 值,作出V D —I D 曲线即是二极管的伏安特性曲线.测量骤如下:(1)调节R W 到最下端,打开K,合上K 1;(2)粗调R W 3、R W 2、R W 1,选定一个测量电压V ,这时合上K,看G 摆动大小和方向,分析地调节R W 2与R W 3直到检流计平衡;(3)断开、合上K,看G 有无变化;若有变化,进一步调节R W 2,直至K 合上、断开时G 无变化为止;(4)调节R W 1,选定另一个电压测量点V (由于R D 为非线性,故当调节R W 时,原电桥平衡被破坏,需要重新调平衡);(5)再调R W 2或R W 3使电桥达到新的平衡;(6)重复3～5步骤,测出一组V D 、I D 值,作出V D -I D 曲线.(下转16页)王春会,等介绍测二极管伏安特性的几种方法9　器代用品及简易装置,为学生后期实验提供良好的条件.这样做,不仅节约实验经费,还能使学生学会根据现有知识和当地条件,因陋就简地解决一些实际问题,能够培养学生自己动手、艰苦奋斗的精神.例如:在自制指示剂一节中,学生通过学习自制指示剂的基本原理,可以在不同季节里找出不同的鲜花,不同地方找出不同植物及果实,自制几种不同的指示剂.学生还可以自制一些生活用品,诸如胶水、酒精块、香皂、汽水等产品.通过这类实验,能使学生的动手能力、实践能力及实验技能得到锻炼和提高.3　激发化学制作兴趣,加强创新能力的培养兴趣是学生学习的内在动力,成功的教学需要的不是强制,而是激发学生的兴趣,自觉地启动思维的阀门.在化学制作实验教学中,有些趣味实验就是为此而专门设计开发的.例如,自制汽水、会报天气的娃娃、自制肥皂、检验是否吸烟喝酒等一些与生活实际相联系的实验,学生对此会很有兴趣.有了兴趣就有了学习的动力,有了实现实验结果的愿望,就激发了学生的求知欲.陶行知先生曾说过,创造始于问题,有了问题才有思考,有了思考,才有解决问题的方法.通过制作实验,使学生自主参与实验改革创新过程,并且把所学专业知识和专业技能融合起来,将其转化为创新精神,创新能力.例如:在制作会报天气的娃娃一节时,要求每人做一个娃娃,在潮湿天气中有颜色变化即可.同学们展开丰富的想象力,每人做的娃娃形状各异,有洋娃娃金发碧眼,有古典娃娃端庄美丽、有男有女,但都有明显的个性特征.学生们都很兴奋,感到课程角色发生了根本变化,即由课程的被动参与者和接受者变成了开发者和设计者.4　挖掘学生潜能,展示实践能力人具有极大的潜能,这一点,已经被生理学家、心理学家所证实.但一个人的潜能,深隐在思维的深处,学生自己也不知道自己有多大的潜能,这就需要在教学活动中不断地发现观察,更多地引导与鼓励.为此,创造一个良好的课堂氛围,让每个学生实实在在地感到自我存在的价值,自我理智的力量以及情感的满足.这是一种建构性的追求,尊重个性体验的课程观.在上化学制作实验课时,要抓住学生喜欢追求“新、奇、异”的特点,每做化学制作实验前,可预先告知制作的题目,要求学生制定化学制作的初步方案,学生就会查找资料,跃跃欲试,一展自己的个性潜能和聪明才智.在实验技能训练与制作作品展示中有的同学就展示了“鲜花三变”、“火山爆发”、“指纹检验”、“踩地雷”等作品,有的同学利用已有知识设计出3种不同方案,设计出使液体自燃的实验等等.展示了学生的实践能力,使学生的个性潜能得到发挥.5　综述教学实践表明,教师的教学观和学生的学习观都会发生很大的变化.从教师观来看,在教学中既强调引导和协助,又有示范和调控.从学生观来看既有学习的主导性,开放性和实践性,又有学生与教师的合作,从而教学相长.因此,高职学生在学科教学中进行技能训练及创造能力的培养,既符合高职教育的实际,又是我们现阶段现有教育的薄弱之处.应把培养创新能力和实践能力作为实验改革的核心,把实验教育视为培养创新能力和实践能力的主要途径,以满足社会发展对人才的要求.(责任编辑　王心满,朱成杰)(上接9页)电桥法测量二极管的伏安特性曲线,理论误差为零,原理简单,测量误差原因同补偿法一致,但电路较复杂,操作麻烦,不易调到想测的电压点.上面讨论了测量二极管的伏安特性曲线的五种方法,这五种方法各有优缺点.总体看,伏安法原理简单,易操作,但误差较大.补偿法、电桥法和等效法测量精度理论上一样,作出的曲线较好,但补偿法和电桥法操作麻烦,易产生偶然误差和过失误差.等效法结构简单,操作方便,测量准确,是测量二极管伏安特性曲线的一种理想方法.参考文献:[1]贾玉润.大学物理实验[M].上海:复旦大学出版社,1987.201-204.[2]林抒.普通物理实验[M].北京:人民教育出版社,1983.235-238.[3]杨介信.普通物理实验[M].北京:高等教育出版社,1987.46-59.[4]华中工学院.物理实验[M].北京:高等教育出版社,2002.84-87.(责任编辑　邵宝善,王　巍)16　辽宁师专学报2006年第3期。