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二极管的伏安特性曲线和二极管的参数详解
来源：网络整理 作者：日 15:12
[导读] 电子器件的特性可以用几种方法来描述，其一：对应几个不同电压值的电流值进行列表。这些值都将在表中很清楚的表示出来
　　二极管的单向导电性是二极管的基本特点。
& & & & 二极管还有另外的一些特性，其中有些特性是我们掌握电子电路工作而必须了解的知识。
　　电子器件的特性可以用几种方法来描述，其一：对应几个不同电压值的电流值进行列表。这些值都将在表中很清楚的表示出来。还有更好的方法就是使用图示的方法，它比数据表格更直观。
　　用得最为频繁的就是伏-安特性曲线。电压为横轴，电流为纵轴。图8-19表示出了100&O电阻的伏-安特性曲线，原点是两轴线的交点，在这点，电压和电流的值都是零，即通过电阻的电压值和电流值都是零，由欧姆定律有：
　　 I===0A
　　在横轴为5V 处，曲线经过的点对应纵轴为50mA，通过观察曲线，很容易的找到相应电压的电流值。例如在10V处电流为100 mA可以用欧姆定律验证：
　　I===0.1A=100mA
　　在图8-19中，通过反向延长线，我们可以获得反向电压对应的电流值。反向电压表示为VR而VF就表示正向电压。电压为-5V时，通过电阻的电流为-50mA 负号表示加在电阻两端的电压极性是反向的，因此电流也是反向的。正向电流用IF 表示，而反向电流用IR 表示。
　　电阻的特性曲线是一条直线，因此，它是一个线性器件。对电阻器特性曲线并不是必须的，我们可以通过欧姆定律很容易的得到任何点的数据。
　　图8-19中若电阻值是50&O，特性曲线是怎样的？
　　I===200mA
　　曲线将是一条过（0，0），（10，200），（-10，-200）的直线。因此50&O的电阻对应的曲线的斜率将比100&O的电阻对应的曲线斜率要大。
　　二极管比电阻复杂得多，它特性曲线不能通过简单的线性方程得到。
　　数学上可以用下式近似表达成：当UD &100mV时，近似为：
　　其中IS称反向饱和电流，UD为二极管端电压，T 为绝对温度，，k 是玻尔兹曼常数（8.63&10-5eV/K=1.38&10-23J/K，J为焦耳，式中e电子电荷1.6&10－19库仑），q是电子电荷数。
　　通常二极管的电流也写成，其中，称为热电压（Thermal Voltage）单位为伏。室温即T=300K时，这是一个重要的数值，今后会经常用到它。
　　图8-20给出了典型PN-结型二极管的特性曲线。注意，它并不是线性的，电压为零时，它不导通，直到有零点几伏的电压才能够开始导通，这个电压是用来抵消耗尽区的。通常锗管导通要0.2V ，硅管导通要0.6V。图8-20中也表明二极管加反向电压时的情况，随着反向电压的增大，将有少量的反向电流产生，它是由少数载流子产生的漏电流，通常情况下是很小的。一般IR 轴以&A 作为单位，除非有很大的电压加在二极管两端，否则反向电流就没有什么实际意义了。因此，通常VR轴以10V 或100V作为一个单位。
　　图8-21比较了硅管和锗管的特性曲线，我们很清楚看到，锗管导通需要比较小的正向电压，这也是它在低压电路时的优点。另外，可以看到，较硅管而言，给定任何电流，它的电压降较小。由于锗是一种较好的导体，所以流过正向电流时有较小的电阻。但是由于硅管的低价格和低漏电流，大多数情况下使用硅管。
　　图8-21同样也对硅管和锗管在反偏压情况下进行了比较，在合理的VR时，硅管的漏电流非常低，通常小于10－9A，而锗管表现了较大的漏电流，可以达到微安级，但是若超过VR的临界值，硅管的反向电流会有一个迅猛的变化，这就是反向击穿电压点。也被称为雪崩电压。当载流子被加速并获得足够的能量与价电子碰撞，并使他们释放，使得载流子产生&雪崩&。引起反向电流极大的增加。
& & & & 硅管的雪崩电压为50V-1000V，取决于制造工艺。如果反向电流在击穿电压下得不到限制，二极管就会毁坏。通过使用一个可承受安全电压的二极管。可以避免产生雪崩。
　　图8-22给出了利用二极管的V-A特性曲线观察温度对二极管的影响。温度用℃表示，电路正常工作的温度范围可以是-50℃到100℃。在底端水银会凝固，而高端即沸水的温度。军用的电路温度范围是-65℃到125℃。由于这个温度范围很大，因此在材料的选择、产品的制作过程和测试都必须格外小心。故军用级的器件比一般的工业和商业产品要贵得多。
　　通过观察8-22的曲线，我们可以得出结论，提高温度，硅的导电性变好。由于随着温度的增加，正向压降会减小，它的阻抗也会因此而减小。这一点与硅的负温度效应相吻合。
　　1、伏安特性表达式
　　二极管是一个非线性器件，其伏安特性的数学表达式为
　　当，且时，；
　　当，且时，。
　　在室温下，。
　　由此可看出二极管具有单向导电的特性。
　　2、伏安特性曲线
　　二极管的伏安特性曲线如图1所示。
　　图 1 二极管的伏安特性曲线
　　正向特性：小于死区电压（硅管是0.5V，锗管是0.1V）时，。正向部分的开始阶段电流增加的比较慢。在电流比较大时，二极管两端的电压随电流变化很小，称为导通电压（硅管：0.7V，锗管：0.3V）。
　　反向特性：当反向电压，且小于时，，反向饱和电流很小。当反向电压的绝对值达到后，反向电流会突然增大，二极管反向击穿。击穿后，当反向电流在很大范围内变化时，二极管两端的电压几乎不变，击穿后的反向特性有稳压性。
　　击穿电压低于4伏的击穿主要是齐纳击穿；击穿电压大于6伏的击穿为雪崩击穿；击穿电压介于4伏与6伏之间时，两种击穿都可能发生，也可能同时发生。
　　二极管发生反向击穿时，如果回路中的限流电阻能将反向电流限制在允许的范围内，二极管不会损坏。当反向电压降低后，管子仍可以恢复到原来的状态，这就是电击穿。如果限流电阻太小，使反向电流超过其允许值，则二极管会发生热击穿，造成永久性损坏。
　　3、温度对二极管特性的影响
　　温度升高时，二极管的正向伏安特性曲线左移，正向压降减小；温度每升高1℃，正向电压降将降低2~2.5mV。
　　二极管的反向饱和电流也随温度的改变而改变，当温度每升高10 ℃左右时，反向饱和电流将将增大一倍。
　　击穿电压也受温度的影响，击穿电压小于4伏时，有负的温度系数；击穿电压大于6伏时，有正的温度系数；击穿电压介于4伏与6伏之间时，温度系数较小。
　　4、主要参数
　　二极管的主要参数有：①额定整流电流IF ；②反向击穿电压U（BR）；③最高允许反向工作电压UR；④反向电流IR；⑤正向电压降UF；⑥最高工作频率fM。
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二极管的负载线和它的I－U图的交点是什么意思
我有更好的答案
二极管的负载线和它的I－U 曲线图的交点叫这个二极管的“工作点”，根据这个图，如果变动负载大小（以电阻负载为例，负载线是个过零点的斜直线），负载线的斜率在变化，和I－U 曲线的交点即工作点在变化，在每个工作点上可以看到这个二极管当时两端电压和通过的电流。
采纳率：80%
哦哦，在问一下，负载线是什么？
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其中0I 是无光照的反向饱和电流,v 是二极管的端电压(正向电压为正,反向电压为负),q 为电子电荷,
k 为波耳兹曼常数,T 是结温,单位为K ,L I 是无偏压状态下的短路电流,它与光照时的光功率成正比。
式中的0I 和L I 均是反向电流,
即从光电二极管负极流向正极的
电流。根据式(1),光电二极管的
伏安特性曲线如图2所示,对应
图1a 所示的无偏压工作状态光
电二极管的工作点由负载线与第
三象限的伏安特性曲线交点确
定。对应图1b 所示的无偏压工作
状态光电二极管的工作点由负载
线与第四象限的伏安特性曲线交点确定,由图2可以看出:
1). 光电二极管既使在无偏压或反向偏压的工作状态下,也有反向电流流过,这与普通二极管只具有单向导电性相比有着本质的差别。
2). 反向偏压工作状态下,在外加电压E 和负载电阻L R 的很大变化范围内,光电流与入射的光功率均具有很好的线性关系;无偏压工作状态下,只有L R 较小时光电流才与入照光功率成正比,L R 增大时,光电流与光功率呈非线性关系。无偏压状态下,短路电流与入照光功率的关系称为光电二极管的光电特性,这一特性在P I L -坐标系中的斜率
)/(W A P I R L
定义为光电二极管的响应度,这时一个宏观上表征光电二极管光电转换效率的一个重要参数。
3). 在光电二极管处于开路状态的情况下,光照时产生的光生载流子不能形成闭合的光电流,它们只能在p-n 结空间电荷区的内电场作用下,分别堆积在p-n 结空间电荷区两侧的n 层和p 层内,产生外电场,此时光电二极管表现出具有一定的开路电压。不同光照情况下的开路电压就是伏安特性曲线与横坐标轴交点所对应的电压值,由图可见,光电二极管的开路电压与入照光功率也是呈非线性关系。
4). 反向偏压状态下的光电二极管,由于在很大的动态范围内其光电流与偏压和负载电阻几乎无关,故在入照光功率一定时可视为一个恒流源;而在无偏压工作状态下光电二极管的光电流随负载电阻变化很大,此时它不具有恒流源性质,只起光电池作用。
5). 光电二极管的响应度R 值与入照光波的波长有关。本实验中采用的硅光电二极管,其光谱响应波长在m μ1.1~4.0之间,峰值响应波长在m μ9.0~8.0范围内。在峰值响应波长下,响应度R 的典型值在W A μμ/5.0~25.0的范围内。
3.光电二极管伏安特性的测定方法
1). LED 电光特性的测定
LED 是发光中心波长与被测光电二极管的峰值响应波长很接近的
GaAs 半导体发光二极管。在这里它作光源使用,其光功率由称为尾纤的
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寻找更多 ""巧学物理等电流线法速解伏安特性曲线问题！
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两个负载串联时，流过它们的电流相等，对于负载是纯电阻的金属元件来说，其电阻率随温度的升高而增大，电阻会增大，在处理这些元件的实际功率等问题时，往往利用它们的I-U伏安特性曲线来求解，在I-U伏安特性曲线图中，作出垂直于电流轴的一条直线，称之为等电流线，将此等电流线进行移动，直到此线与I-U伏安特性曲线的交点之和满足题意所给的总电压，这样处理问题可以大大减少运算量，会事半功倍.
【调研1】如图a所示，其中R两端电压U随通过该电阻的直流电流I的变化关系如图 b所示．电源电动势为7.0 V(内阻不计)．且R1=1000Ω，(不随温度变化)．若改变R2．使AB与BC间的电压相等，这时 ( )
A．R的阻值为1000Ω
B．R的阻值为1333Ω
C．通过R的电流约为2.0 mA
D. 通过R的电流约为1.5 mA
【调研2】如图(a)所示为甲、乙两灯泡的I-U图像，根据图像，计算甲、乙两灯串联在电压为220V的电路中时实际发光的功率分别约为多少？
【调研3】如图所示，甲、乙两种电子元件的伏安特性曲线分别用图线OA和OP表示．设OA上任意点对应的电阻为R1，OP上某点P对应的电阻为R2，当把R1和R2串联接在6V的电压上，则有 ( )
A．在相等的时间内流过甲、乙的电荷量之比为1:2
C．甲、乙的电压之比为1:2
D．甲、乙的电功率之比为1:1
(2)实验探究中他们可选器材如下：
A．直流电源(电动势3 V，内阻不计)
B．滑动变阻器(0～20 Ω)
C．电压表(量程15 V、内阻约80 kΩ)
D．电压表(量程3 V、内阻约50kΩ)
E．电流表(量程0.6 A、内阻约1 Ω)
F．电流表(量程50 mA、内阻约50 Ω)
G．待测二极管
H．导线、开关
〖巧解〗(1)当将红表笔接触二极管的左端、黑表笔接触二极管的右端时，发现指针的偏角比较小，说明电阻大，加的是反向电压；当交换表笔再次测量时，发现指针有很大偏转，说明电阻较小，加的是正向电压，因为万用表黑表笔接电源正极，所以可判断左端为二极管的正极。
（2）因为电源电动势3V，所以电压表选D；根据图表可看出通过二极管的最大电流为50mA，所以电流表选F.
（3）伏安特性曲线如图所示，
（4）在I-U图像中画出电阻R的特性曲线，过坐标原点的水平线逐渐向上平移，当水平线移动到B时，水平线与两图线交点的横坐标之和等于3V时，可看出电流为14mA,电阻上的电压为1.4V，所以功率为流为14mA，电阻上的电压为1.4V，所以功率为P=IU=0.020W
巧学巧练：
【巧练1】如图所示是横截面积、长度均相同的甲、乙两根电阻丝的I-R图像．现将甲、乙串联后接入电路，则 ( )
A．甲电阻丝两端的电压比乙电阻丝两端的电压小
B．甲电阻丝的电阻率比乙电阻丝的电阻率小
C．在相同时间内．电流通过乙电阻丝产生的焦耳热少
D．甲电阻丝消耗的电功率比乙电阻丝消耗的电功率小
【巧练2】两定值电阻A、B的伏安特性曲线如图所示，若把A、B电阻串联在电压35V的电源上时，则流过两个电阻的电流和电阻两端的电压分别是多少?若把它们并联在电压10V的电源上时，流过这两个电阻的电流又是多少?
【巧练3】如图a为某一小灯泡的U-I图线，现将两个这样的小灯泡并联后再与一个阻值为4Ω的定值电阻R串联，接在内阻为1Ω、电动势为5V的电源两端，如图b所示，则通过每盏小灯泡的电流强度和电功率分别为 ( )
A．0.2A，0.6W B．0.3A，0.6W
C．0.2A，0.26W D．0.3A，0.4W
【巧练4】在如图甲所示的电路中，L1，L2，L3为三个相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，当开关S闭合后，电路中的总电流为0.25 A，则此时 (　　)
A．L1的电压为L2电压的2倍
B．L1消耗的电功率为0.75 W
C．L2的电阻为12 Ω
D．L1、L2消耗的电功率的比值小于2∶1
此内容取材于《巧学妙解王高中物理》一书，是主编李仲旭老师原创内容，不经李仲旭老师同意，禁止任何自媒体或网站转载，一旦发现将诉讼法律程序！
运营老师：高考备考名师李仲旭．男．1970年8月生，中学高级教师，致力于高中物理教学和高考备考的研究工作，发表论文50余篇，其中发表在具有学术期刊上文章有15篇，出版物理专著15本，其中最有影响的快速提高物理成绩的奇书《巧学妙解王高中物理》已帮助千万辛辛学子在较短时间内快速提高物理成绩，解决了他们学习物理感到无门的痛苦，学习物理无头绪，就找名师李仲旭。组织成立李仲旭名师工作室．名师工作室成员15人之多，全心探讨高考命题预测．努力编写物理原创试题，原创快速解题方法50多种．能够使考生解决—般选择题在1分钟之内快速解出!
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