二极管的动作特性及应用

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二极管属于半导体元件的一种-->，应用在一般电子电路的半导体，依照性质的不同可以分成P型与N型两种，如果利用P型→N型性质改变所构成的PN接合，就可以制作二极管(Diode)元件，除此之外使金属与半导体接触，利用Schottky接合的电气特性，同样可以制作二极管元件。二极管具备两个端子，它的外形随着用途的不同有许多形状，不过基本上二极管的工作原理却完全相同。本文要介绍二极管的基本功能，同时针对汎用二极管进行模拟分析，藉此探讨二极管动作时的电流与电压决定方法。二极管的工作原理 表1是目前常用二极管的特性与分类一览；图1是利用万用电压源VSRC，对汎用小信号二极管施加直流电压的测试电路；图2是针对二极管以0.01V为刻度，从-2V到+2V对二极管两端施加电压VD时，利用DC模拟分析电流ID的结果，根据分析结果可知电压VD低于0.6V时ID接近零，电压VD一旦超过0.6V的话，正向(从正极朝负极方向)电流会急遽涌现，类似这样的电流流动特性我们称它为「电流单向流动特性」。  正向流动的电流称为「顺向电流IF」 (F表示Forward)，接近零的负向流动电流则称为「逆向电流IR」(R表示Reverse)，顺向电流流动时发生的电压称为「顺向电压VF」，逆向电流流动时发生的电压称为「逆向电压VR」。　表1 二极管的特性与分类　图1 检测二极管电压-特性的模拟电路　图2 二极管的电压、电流特性　 图3是利用上述相同模拟方式，计算二极管从VD到ID的等价性阻抗RD，依此描绘的座标图，必需注意的是图中的纵轴为对数刻度，以及VD = 0V时出现的计算误差。由图可知RD是以VD = 0.6V为界线，如果VD < 0.6V时，等价性阻抗RD会急遽升高接着迅速降低，这种现象若以机械开关作比喻，RD很高时如同开关的接点呈OFF状态， 很低时开关的接点则变成呈ON状态，换句话说二极管可以从外部控制两端发生的电压，进行无接点的开关(Switch)动作。　图3 二极管两端的电压超过0.6V时的特性　 图4的测试电路先将二极管D1串联1KΩ电阻接着连接电压源V1；图5是对二极管的两端以0.01V为刻度，从-5V到+5V施加电压 ，接着再用DC进行模拟分析获得的结果，由图可知由于二极管的V1在-5V " +0.6V之间为OFF，测试电路几乎没有电流流动，因此V1的电压变成直接施加状态，亦即VD = V1，不过V1一旦超过+0.6V二极管会成为ON状态，VD = V1的关系立即消失成为+0.6V一定值，由此可知二极管ON时，两端产生的电压VF与电流无关，它几乎是呈一定值的定电压元件。 虽然VF值随着二极管的种类与顺向电流改变，不过一般小信号硅二极管元件的VF  0.6V，大功率的场合VF  0.8V。　图4 二极管与电阻串联的电路　图5 二极管的顺向电压即使超过0.6V时的特性　 图4的二极管顺向电流IF是电阻产生的电压从V1减掉VF的结果，它可以用下式表示:　　 图6是用图5相同条件改变V1，依此进行二极管电流模拟分析所获得的结果，图中「×」表示式(1)计算式之中，VF = 0.6V时的顺向电流，根据模拟分析的结果显示它与计算值非常接近，换言之利用式(1)可以轻易求得二极管的顺向电流。　图6 二极管的电流与计算结果一致