二極管屬于半導(dǎo)體元件的一種，應(yīng)用在一般電子電路的半導(dǎo)體，依照性質(zhì)的不同可以分成P型與N型兩種，如果利用P型→N型性質(zhì)改變所構(gòu)成的PN接合，就可以制作二極管(Diode)元件，除此之外使金屬與半導(dǎo)體接觸，利用Schottky接合的電氣特性，同樣可以制作二極管元件。二極管具備兩個(gè)端子，它的外形隨著用途的不同有許多形狀，不過基本上二極管的工作原理卻完全相同。本文要介紹二極管的基本功能，同時(shí)針對(duì)汎用二極管進(jìn)行模擬分析，藉此探討二極管動(dòng)作時(shí)的電流與電壓決定方法。

二極管的工作原理

表1是目前常用二極管的特性與分類一覽；圖1是利用萬用電壓源VSRC，對(duì)汎用小信號(hào)二極管施加直流電壓的測(cè)試電路；圖2是針對(duì)二極管以0.01V為刻度，從-2V到+2V對(duì)二極管兩端施加電壓VD時(shí)，利用DC模擬分析電流ID的結(jié)果，根據(jù)分析結(jié)果可知電壓VD低于0.6V時(shí)ID接近零，電壓VD一旦超過0.6V的話，正向(從正極朝負(fù)極方向)電流會(huì)急遽涌現(xiàn)，類似這樣的電流流動(dòng)特性我們稱它為「電流單向流動(dòng)特性」。

正向流動(dòng)的電流稱為「順向電流IF」(F表示Forward)，接近零的負(fù)向流動(dòng)電流則稱為「逆向電流IR」(R表示Reverse)，順向電流流動(dòng)時(shí)發(fā)生的電壓稱為「順向電壓VF」，逆向電流流動(dòng)時(shí)發(fā)生的電壓稱為「逆向電壓VR」。

表1二極管的特性與分類

圖1檢測(cè)二極管電壓-特性的模擬電路

圖2二極管的電壓、電流特性

圖3是利用上述相同模擬方式，計(jì)算二極管從VD到ID的等價(jià)性阻抗RD，依此描繪的座標(biāo)圖，必需注意的是圖中的縱軸為對(duì)數(shù)刻度，以及VD=0V時(shí)出現(xiàn)的計(jì)算誤差。由圖可知RD是以VD=0.6V為界線，如果VD0.6V時(shí)，等價(jià)性阻抗RD會(huì)急遽升高接著迅速降低，這種現(xiàn)象若以機(jī)械開關(guān)作比喻，RD很高時(shí)如同開關(guān)的接點(diǎn)呈OFF狀態(tài)，很低時(shí)開關(guān)的接點(diǎn)則變成呈ON狀態(tài)，換句話說二極管可以從外部控制兩端發(fā)生的電壓，進(jìn)行無接點(diǎn)的開關(guān)(Switch)動(dòng)作。

圖3二極管兩端的電壓超過0.6V時(shí)的特性

圖4的測(cè)試電路先將二極管D1串聯(lián)1KΩ電阻接著連接電壓源V1；圖5是對(duì)二極管的兩端以0.01V為刻度，從-5V到+5V施加電壓，接著再用DC進(jìn)行模擬分析獲得的結(jié)果，由圖可知由于二極管的V1在-5V~+0.6V之間為OFF，測(cè)試電路幾乎沒有電流流動(dòng)，因此V1的電壓變成直接施加狀態(tài)，亦即VD=V1，不過V1一旦超過+0.6V二極管會(huì)成為ON狀態(tài)，VD=V1的關(guān)系立即消失成為+0.6V一定值，由此可知二極管ON時(shí)，兩端產(chǎn)生的電壓VF與電流無關(guān)，它幾乎是呈一定值的定電壓元件。

雖然VF值隨著二極管的種類與順向電流改變，不過一般小信號(hào)硅二極管元件的VF0.6V，大功率的場(chǎng)合VF0.8V。

圖4二極管與電阻串聯(lián)的電路

圖5二極管的順向電壓即使超過0.6V時(shí)的特性

圖4的二極管順向電流IF是電阻產(chǎn)生的電壓從V1減掉VF的結(jié)果，它可以用下式表示:

圖6是用圖5相同條件改變V1，依此進(jìn)行二極管電流模擬分析所獲得的結(jié)果，圖中「」表示式(1)計(jì)算式之中，VF=0.6V時(shí)的順向電流，根據(jù)模擬分析的結(jié)果顯示它與計(jì)算值非常接近，換言之利用式(1)可以輕易求得二極管的順向電流。

圖6二極管的電流與計(jì)算結(jié)果一致

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