一、引言

二极管是最基本、最常用的半导体器件之一，在整流、电源保护、信号处理、稳压和开关电路中都有广泛应用。理解二极管的伏安特性曲线（I-V 特性曲线），是掌握其工作原理和正确选型、应用的基础。

伏安特性曲线描述了二极管两端电压与流过电流之间的关系，通过该曲线，可以直观地看出二极管在不同工作状态下的电气行为。

二、二极管伏安特性曲线的基本概念

二极管的伏安特性曲线以：

• 横轴：电压 V

• 纵轴：电流 I

构成坐标系，反映二极管在正向和反向偏置条件下的工作特性。

根据工作状态不同，曲线主要分为三个区域：

1. 正向导通区

2. 反向截止区

3. 反向击穿区

这三个区域共同构成了二极管完整的伏安特性。

三、正向导通特性

1. 正向偏置状态

当二极管阳极接正极、阴极接负极时，二极管处于正向偏置状态。此时 PN 结势垒电压被削弱，载流子开始大量扩散，形成导通电流。

2. 导通电压特性

二极管并非一加电压就导通，而是存在一个“开启电压”：

当正向电压低于该值时，电流很小；超过该值后，电流迅速增大。

3. 指数增长特性

在正向导通区内，二极管电流与电压呈指数关系：

I ≈ Is(e^(V/ηVT) − 1)

这意味着：

• 电压略微增加

• 电流会急剧上升

因此，二极管正向工作时必须串联限流电阻，否则容易因过流损坏。

4. 动态电阻特性

在导通区内，二极管等效为一个小电阻，称为动态电阻：

rd = ΔV / ΔI

该电阻随工作点变化而变化，是模拟电路分析的重要参数。

四、反向截止特性

1. 反向偏置状态

当二极管阴极接正极、阳极接负极时，处于反向偏置状态。

此时：

• PN 结势垒加宽

• 多数载流子难以通过

• 二极管近似截止

2. 反向漏电流

虽然理论上不导通，但实际中仍存在极小电流，称为反向漏电流 IR。

其特点：

• 数值微小（nA～μA 级）

• 随温度升高而明显增大

• 与材料和工艺密切相关

在高精度测量、电池供电系统中，漏电流会对系统功耗产生影响。

五、反向击穿特性

1. 击穿现象

当反向电压继续增大，超过某一临界值时，PN 结会发生击穿现象，电流急剧上升，该电压称为击穿电压 VBR。

此时曲线表现为“陡直上升”。

2. 击穿类型

主要包括两种机制：

（1）齐纳击穿（<5V）

• 由强电场引起隧穿效应

• 适用于低压稳压管

（2）雪崩击穿（>5V）

• 由载流子碰撞电离引起

• 常见于普通二极管

3. 工程意义

普通整流二极管若进入击穿区，容易因功耗过大而损坏；
而稳压二极管则正是利用该区域实现稳压功能。

六、伏安特性曲线的非理想因素

实际二极管的伏安特性并非完全理想，还受到多种因素影响。

1. 温度影响

温度升高时：

• 正向压降下降（约 -2mV/℃）

• 漏电流增大

• 击穿电压变化

因此高温环境下需要特别注意热设计。

2. 串联电阻影响

内部引线、电极、电阻都会形成串联电阻 Rs，使高电流时曲线变缓。

表现为：

电流大时，压降明显增大。

3. 老化与工艺差异

不同厂家、不同批次的二极管，其伏安特性存在一定离散性，在精密应用中需考虑参数裕量。

七、伏安特性曲线的工程应用价值

1. 整流电路设计

通过伏安特性可计算：

• 整流压降损耗

• 发热功率

• 整流效率

2. 限幅与钳位电路

利用导通阈值特性，实现电压保护和信号限幅。

3. 稳压电路设计

通过击穿区特性设计稳压电源。

4. 开关电路分析

在高速开关中，伏安特性影响：

• 开关损耗

• 反向恢复特性

• EMC 性能

八、典型伏安特性总结

九、结论

二极管的伏安特性曲线集中体现了其最核心的电气特性：

• 正向导通具有阈值性和指数性

• 反向截止具有高阻隔离特性

• 击穿区体现极限工作能力

深入理解这些特性，有助于工程师合理选型、优化电路设计、提升系统可靠性。

在实际应用中，应结合工作电流、电压、温度及安全裕量，综合分析伏安特性参数，才能充分发挥二极管的性能优势。