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前进导通二极管中的指数电流 - 电压关系

2020年2月16日通过罗伯特Keim

本文提供了关于正向偏置二极管的电气行为的基础信息。

本文介绍了参考二极管,“阈值”的概念和I-V曲线温度的作用的指数电流 - 电压(I-V)特征。

二极管电流 - 电压关系

当你在二极管的两个端子上施加一个电压,在阳极侧电压较高,在阴极侧电压较低,正向电流(即从阳极到阴极的电流)将流动。如果电压增加,正向电流也会增加,二极管就像电阻器一样:电压越大,电流就越大。

但是,如果我们仔细看方式当电流增大时,我们可以看出二极管和电阻器有很大的不同。如果我们对电阻器施加一个稳定增加的电压,就会得到一个稳定增加的电流。另一方面,对于二极管,一个稳定增加的电压将产生一个电流,开始缓慢地增加,然后更快,最后非常很快。

这是因为二极管的正向电压和正向电流之间的关系是指数而不是线性的。

以下二极管电流的图(iD)与二极管电压(VD)描绘了典型硅二极管的指数电流 - 电压特性。

正如你所看到的,当正向电压低于0.5 V时,几乎没有正向电流流动。这是电流相对于电压增加缓慢增加的区域。

在电压变化率和电流变化率比较接近的过渡区开始于0.5 V左右。然而,这个过渡区域很窄,当VD已经达到0.7 V,二极管的电流增长如此之快,以至于非常小的正向电压变化就会产生很大的正向电流变化。

正向电压“阈值”

随着上图的曲线表现出,二极管的电流和电压之间的关系不是不连续的。这种关系是指数级而不是线性的,但是电流仍然从零到大值平稳地增加。因此,如果我们将“阈值”解释为从一个状态(例如“未导通”)到另一个状态(例如“导通”)中的某种瞬时转换,则在二极管的电动行为中没有真正的“阈值”。

已经说,二极管的I-V特征的指数性质导致电压值与实际工程工作的上下文中的阈值非常相似。因此,讨论图中呼出的两个电压通常方便,尽管它们是阈值。

第一个阈值,0.5 V,识别从可忽略电流到不可忽略电流的转变。因此,当我们讨论实际电路而不是精确的科学细节时,我们可以说,一个典型的硅二极管不允许电流流过,直到正向电压超过0.5 V。

第二个阈值0.7 V,识别I-V曲线斜率变得极高的点;我们可以使用0.7V作为通过完全导电的硅二极管掉落的电压的近似,因为显着高于0.7V的电压将对应于异常大量的电流。

低功率与高功率二极管

上面所示的图传达了硅pn结二极管的一般I-V关系,但并不表示准确的电流值。题目没有告诉我们当二极管的正向电压是0。5v或0。7v时有多少正向电流流过。这是必要的,因为正向电压和正向电流之间的精确数值关系取决于给定二极管的物理尺寸。

更具体地,PN结的横截面积强烈影响流动相对于正向电压的正向电流量。因此,当其正向电压为0.7V时,用于低功耗应用的物理小二极管可能具有5mA的正向电流,并且用于高功率应用的较大二极管可能具有iD= 500毫安在VD= 0.7 V。

I-V曲线的温度依赖性

另一个影响正向电压和正向电流精确数值关系的因素是温度。与给定电流值相对应的电压值随温度的降低而增加。换句话说,如果电路保持二极管电流为15ma,那么二极管在10°C时的压降将高于在20°C时的压降。

下图将这种温度依赖性描述为I-V曲线的水平移动。

二极管的I-V曲线每度摄氏度偏移大约2 mV。

结论

我希望这篇文章已经帮助您理解了施加在二极管上的正向偏置电压和响应该电压的电流之间的关系。

在下一篇文章中,我们将通过考虑在电路分析的背景下考虑前进导通二极管继续本主题。