在半导体器件中,二极管在引导电流流动方面发挥着至关重要的作用,其工作原理主要分为正向偏置和反向偏置。当二极管的 p 型区域连接到电池的正极、n 型区域连接到负极时,那么该二极管就会被称为正向偏置。这种配置降低了二极管内的势垒,从而使电流能够轻松地从 p 型区域流向 n 型区域。
二极管在正向偏置下的行为是由其 I-V 特性所决定的,而 I-V 特性会受到二极管的材料、温度和物理尺寸所产生的影响。在正向偏置时,二极管的电流 (I_D) 可以用二极管方程来进行描述:
其中,I_S 为饱和电流,q 为电子电荷,V_D 为施加在二极管上的电压,n 为发射系数,k 为玻尔兹曼常数,T 为结温。热电压 V_T (kT/q)能够测量电荷载流子穿过二极管所需的能量,在室温下的值大约为 26 mV。
当电压低于切入电压(硅二极管的切入电压通常为 0.7 V)时,二极管中的电流便可以忽略不计。在正向偏置的状态下,正向电流每变化十倍,二极管电压就会发生大约 60 mV 的变化。饱和电流(I_S)会随着温度和二极管的横截面积而发生变化,其中的温度每增加 10°C 就会增加一倍。由于 I_S 和 V_T 都与温度有关,因此在恒定电流下,温度每升高 1°C,那么二极管的压降就会下降大约 2 mV,这一特性在电子温度计等温度传感电路中得到了利用。对于整流器、信号混频器和稳压器等以二极管为核心元件的电子产品来说,了解以上这些特性是至关重要的。
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