谈谈半导体二极管的伏安特性曲线

(耿文学)晶体管手册是业余无线电爱好者的常用工具书，它可以帮助读者了解器件的性能指标，从而正确地选择出需用的器件。手册上不仅列出了很多重要的参数，而且还看到一些特性曲线，本文仅就二极管的伏安特性曲线予以介绍。

在二极管两端加一定数值的电压，就有一定的电流流过二极管。如果在直角坐标图上以X轴（横轴）表示电压，以Y轴（纵轴）表示电流，就可以在坐标图上找到与上述电压、电流数值相对应的一点，这一点的横坐标是电压数值，纵坐标是电流数值；改变二极管上加的电压到许多不同的数值，就可以得到不同的电流数值，可找到许多相应的点，将这些点连起来，就画出了二极管的电流随二极管上所加电压变化而变化的曲线，叫伏安特性曲线。

(一）观察一条曲线

从半导体二极管的特性曲线上能具体而直观地看出各种半导体二极管的性能。以常用的硅二极管2CZ54D（旧型号是2cp2）的特性曲线为例绘于图1，可以把这条曲线分为死区、正向导通区、反向截止区、反向击穿区四部分。

1、死区 当二极管上加的正向电压比较小时，所形成的外部电场还不足以克服pN结内建电位差对载流子的阻挡作用，因此二极管基本上处于不导通的状态，即曲线的oa段。当二极管上外加的正向电压大于一定值时，就会克服内建电位差的阻挡，二极管的电阻变小，电流随电压的上升就会迅速增加。这个电压界限称为死区电压；因为它象是门槛一样，所以有人称它为门槛电压；因为超过这个电压后，正向电流开始明显增长，所以也有人称它为导通电压。死区电压的大小与半导体材料和环境温度有关，一般室温下（25℃时）锗二极管为0.2伏左右、硅二极管为0.6伏左右，温度每升高1℃它们都大约降低2.5毫伏。

2、正向导通区 如图1中的ab段，当正向电压超过死区电压时，电流随电压的升高显著增大，就进入了正向导通区。常说的二极管正向电流就是在曲线上正向电压为1伏时对应的正向电流值。在二极管的正向特性曲线上，各点的电压与电流的比值并不是常数，所以，各点的直流电阻并不相等，也就是对应不同的正向直流电压（或电流）下具有不同的直流电阻。图2是用500型万用表的Ω×10和Ω×100两档测量二极管2Ap14正向直流电阻的电路。万用表的电池电压E=1.5伏，Ω×10一档的电阻为R\(_{1}\)=100Ω。Ω×100一档的电阻为R2=1KΩ。因此用Ω×10档测量时，由于电阻小，所以通过二极管的电流就大，此电流在图3的二极管2Ap14正向特性曲线上对应工作点是Q\(_{1}\)，这时二极管上通过的电流为9毫安，二极管两端电压为0.6伏，那么二极管的直流电阻为0.6伏9毫安=67欧；用Ω×100档测量时，由于表电阻大，所以通过二极管的电流就小，在图3的正向特性曲线上对应工作点是Q2，这时二极管上通过的电流为1.2毫安，端电压为0.3伏，那么，二极管的直流电阻为0.3伏;1.2毫安＝250欧。用万用表不同电阻档测二极管的正向直流电阻时，测出的电阻值不同是由于在特性曲线上的位置不同。

3、反向截止区 当二极管的两端加上反向电压时，pN结呈现出一个非常大的电阻值，二极管上通过的电流非常小，处于截止状态，特性曲线的这一段称为反向截止区，即图1的OC段。这时p区和N区的少数载流子在pN结内建电位差电场力的作用下顺利地通过，表现出一个与电压（在一定范围内）关系不大的反向饱和电流，再加上pN结表面的一些漏电流，总的反向电流在室温下小功率锗二极管约为几百微安，小功率硅二极管约为几微安。二极管的反向电流随温度的升高而增大，一般温度每升高10℃大约就会增大一倍，锗二极管本来反向电流就比较大，所以在应用时要特别注意。

4．反向击穿区 当二极管上外加的反向电压高到一定值时，有可能因外加的电场过强而把被束缚在pN结中的电子强行拉出，使少数载流子数目剧增；也可能由于强电场引起电子与原子碰撞，产生大量新的载流子，这两种因素都会引起反向电流的急剧增大，称为电击穿，这时二极管的工作状态就进入了反向击穿区，如图1所示的cd段。开始出现电击穿的电压叫作反向击穿电压。

（二）几条曲线比较

图4为锗二极管2Ap1、2Ap4、2Ap24的伏安特性曲线，从这三条曲线上可以看出：①它们的死区电压和反向电流都大致相等；②在加同样的正向电压时，2Ap23的正向电流大，2Ap1的正向电流小，2Ap4的正向电流中等；③2Ap4的反向击穿电压高，2Ap1的反向击穿电压低，2Ap23的反向击穿电压中等。图5为硅二极管2CZ54B（旧型号2cp1A）、2CZ54C（旧型号2Cp1）、2CZ54D（旧型号2Cp2）的伏安特性曲线，从这三条曲线上可以看出：①它们的死区电压和反向电流都大致相等；②它们的正向伏安特性曲线几乎重合；③2CZ54D的反向击穿电压高，2CZ54B的反向击穿电压低，2CZ54C的反向击穿电压中等。

图6画出了一般锗二极管、硅二极管、硒整流器的曲线，比较一下可以看出如下表所列的特点。

所谓伏安特性曲线较硬，对反向特性曲线来说，是击穿点明显，击穿前电流随电压的变化很小，曲线较平，击穿后电压随电流的变化很小，曲线很陡直；对正向特性曲线来说，是导通点明显，导通后电流随电压的变化较大，曲线陡直。反之，特性曲线就是较软。

现在生产的半导体二极管中，硅管主要用于较高电压和较大电流的整流、开关工作中，锗管主要用于较小电流的检波工作中，它们的寿命几乎都是半永久性的。硒整流器的特性曲线较软、寿命有限，体积较大，但它确有一种可贵的特性，就是当反向电压超过反向击穿电压而使整流器击穿后，过电流所引起整流器的局部损伤能恢复变成绝缘的斑痕，仅使整流作用的有效面积减小，而不致破坏它的单向导电特性，所以它在一些特殊场合中还有用途。

（三）稳压管的特性曲线

当二极管的工作状态进入了反向击穿区，但在电路中采取了适当的限流措施对，电流不会超过允许值，而二极管的反向端电压却很少变化，所以这时可作为稳压管用。现在生产的硅稳压管型号为2CW，图7上绘出了四个硅稳压管的特性曲线，可以看出2CW51的稳压值在-3伏左右，2CW54的稳压值在-6伏左右。二极管的反向击穿电压值也随温度稍有变化，如果作稳压管用，那么稳压值就会随温度变化。硅稳压管的稳压值在6伏左右时电压受温度的影响最小。