为什么二极管正向电压恒定？

21

如果您的二极管具有一定的势垒电压（例如，Si为0.7 V），并且施加的电压高于该势垒电势，为什么二极管两端的电压保持在0.7V？

我知道二极管上的输出电压会随着施加正弦输入而增加，直到达到0.7标记为止，但我似乎不明白为什么在此之后它仍保持恒定。

对我来说有意义的是，任何大于此势垒电位的电位都将允许电流通过，相应地，二极管两端的电位应为施加的电压减去0.7V。

voltage diodes

— sdpatel
source

12

谁告诉你这是恒定的？

— 德米特里·格里戈里耶夫

3

“为什么二极管正向电压恒定？” 并非如此，因此其余问题毫无意义。

— 奥林·拉斯罗普

@DmitryGrigoryev至少在我大学的电子课程入门中，作业和考试中的所有二极管都是恒流正向二极管。

— 泰勒·斯威夫特

1

@taylorswift我们为此使用了理想的二极管。理想二极管的优点是您知道它是理想的，因此不会有像这样的问题。

— 德米特里·格里戈里耶夫

2

仅仅因为这是我几年前在学习电子课程时问过的一个问题：这是一个合法的问题，答案对初学者来说非常有启发性。您应该接受被广泛认可的答案之一。

— 杰

138

二极管两端的电压不会保持在0.7 V左右。增加电流时，正向电压也会增加（此处：1N400x）：

1N4001正向电压与正向电流

而且，当您进一步增加电流时，功率消耗会变得太大，二极管最终会变成LED（发光二极管），不久之后就会变成SED（烟雾发射二极管）。因此，实际上不可能发生更大的正向电压。

— CL。
source

93

烟雾发射二极管的大规模支持

— peufeu

3

NED =噪声发射二极管。;-)

— Mike Waters

8

加入只是为了为SED投票。

— TheValyreanGroup

8

大声笑。应该注意的是，上面的曲线是对数电流与线性电压的关系。因此，一条直线（在左侧）实际上是一条指数曲线。这意味着电流的增长速度远快于电压的增长速度。因此，电压会从0.7 v稍微升高一点，但在获得SED之前不会升高。

— 罗伯特·布里斯托

5

上大学时代（70年代），我有一个室友，他购买了多余的计算机板，上面装有大量的玻璃二极管。他会依次将交流电源线的末端夹在每个二极管上，在二极管上放一个小玻璃杯，然后将电源线插入插座。有声音和光，但是随着二极管的蒸发，基本上没有烟。热玻璃飞溅物会沉积在小玻璃杯的内部。经过数百个二极管后，他的玻璃杯中积聚了相当多的一层。（请避免在家里这样做，这是一种愚蠢且有潜在危险的活动）。

— Michael Karas

29

电压是我们可以观察和测量的，但变化的是电阻。

二极管从大电阻开始，当您向其施加电压时，电阻会保持相当恒定，直到接近正向击穿电压为止。那时电阻开始下降。

超过膝盖的阻力非常低。膝盖后的任何进一步增加都不会引起阻力的变化。

由于R下降，为了维持该电压，您必须增加电流...很多。二极管已成为一个小的电阻器“开关”，因此可称为导通。

二极管的全电压电流关系如下所示。

膝盖之前的斜率是向前导通电导（1 / R），膝盖之前的斜率是向前导通电导。

实际的数学当然比这复杂得多，但是我发现此描述有助于人们理解。

— 特雷弗
source

1

“过去，膝盖的电阻非常低。在膝盖之后电阻的任何进一步增加都不会引起电阻的变化。”-是的，但是大多数二极管在膝盖以下无法正常工作，因为这会导致过多的电压降（和功耗）。

— 布鲁斯·雅培

6

关于，“实际上正在改变的是阻力”，请当心说“实际上”。询问物理学家，“实际上”正在发生什么，您将对量子场论充满兴趣。“电阻”一词来自Georg Ohm的导电性如何在导体中流动的模型。PN二极管并不真正适合这种模式，但如果它可以帮助你认为二极管具有可变电阻，那么它的一部分的模型。如果它对您有用，那么嘿！它为您工作。只要我们都同意同一条I / V曲线，那么一切都很棒。

— 所罗门慢传

1

@sdpatel，对不起，我不了解固态物理学。我只是一个软件极客，有时会修改简单的电子电路。我对半导体二极管的理解仅限于这样的想法，只要您不让魔术散发出来，操作点就会在该固定曲线上的某个位置。实际上，在大多数情况下，我会采用一个更简单的模型：“正向电压将接近N伏”（其中N取决于它是否是某种特定颜色的LED，肖特基二极管，或1N400_x_。）

— 所罗门（Solomon）慢

2

VI图形完全是错误的。将比例从正（mA）更改为负（uA）电流的样子是“艺术家的印象”。而艺术家却弄错了。原点附近没有拐点。曲线基本上是经过平移以通过原点的指数。如果正确缩放它，它似乎在原点附近不连续。这位艺术家想画一条漂亮的曲线，将看起来最漂亮的摆动线连接到两侧。结果：错误的图形传播到整个银河系，使学生困惑。

— 斯雷德尼·瓦什塔尔

1

@Trevor，哇，太快了！:-)最好与网站的作者联系以指出它是错误的。我似乎认出了这种风格，但我不记得它是哪个教程网站……

— Sredni Vashtar

15

为什么二极管两端的电压保持在0.7V？

没有。在大多数情况下，恒定的0.7 V电压就足够了，就像平坦的接地足以在城镇中行驶一样。

— 丹尼夫
source

10

二极管在通过二极管的电流和二极管两端的电压之间具有对数关系。电流增加10：1会导致二极管两端增加0.058伏。（0.058 V取决于几个参数，但您可以在许多片上硅带隙电压基准中看到该数字）。

如果电流以1,000：1的比例增加或减少，该怎么办？您应该期望至少看到V _二极管 3 * 0.058伏的变化。

如果电流变化10,000：1怎么办？预期至少为4 * 0.058伏。

在大电流（1 mA或更高）下，硅的体电阻开始影响对数行为，您将在I _二极管和V _二极管之间获得更多的直线关系。

此行为的标准方程式涉及“ e”，即2.718

I d i o d e = I s * [e^{-} (q * V d i o d e / K * T * n) - 1]

$Idiode = Is * [e^-(q*Vdiode/K*T*n) - 1]$

I d i o d e = I s * [e^{-} V d i o d e / 0.026 - 1]

$Idiode= Is *[e^-Vdiode/0.026 -1]$

顺便说一下，双极晶体管发射极基极二极管也存在相同的行为。假设在1 mA下以1 µA的电流为0.60000000伏，则期望3 * 0.058 V = 0.174V。在1纳安时，期望少6 * 0.058 V = 0.348V。在1皮安时，期望减少9 * 0.058伏= 0.522伏（最终二极管两端只有78毫伏）；也许这种纯对数特性不再是精确的工具，接近零伏V _二极管。

这是超过3年的Ic的Vbe图；我们预计至少3 * 0.058伏或0.174伏; 该双极晶体管的实际电压为0.23伏。

— 模拟系统
source

4

正如其他答案所解释的那样，电压并非恒定为0.7V，而是基于您对问题的势垒电位的参考，我想您已经意识到这一点，并且正在询问为什么会发生这种情况的更多有关半导体物理学的问题。

原因是，如您已经提到的，二极管的耗尽区（施加零电压）会产生约0.7V的势垒电势（假设是典型的硅二极管）。当您施加正向电压时，耗尽区会变小。在低电压下，较大的耗尽区会限制大部分电流，并且随着电压的增加，减小的耗尽区会导致电阻减小（并因此导致电流增大）。这一直持续到接近〜0.7V，此时耗尽区和电阻都非常小。这导致指数VI关系。

本文和Wiki页面一样，都有一些很好的图表和说明。

— 安杰洛
source

3

关键是您不能“施加高于此势垒电位的电压”，二极管不允许您这样做。

也就是说，处于传导模式的二极管的边际阻抗小于电源的源阻抗：您的电压源在0.7V二极管上的驱动电压不能超过“ 0.7V”，因此“二极管两端的电压保持不变” [s] at 0.7V”。

当然，处于传导模式的二极管的边际阻抗并不完全为零，因此，如果您的电源试图提供大于零的电流，则电压会有所上升。与二极管相比，您的电源电压的边际阻抗可能非常低，因此在二极管出现故障之前，它可能能够将二极管电压升高得很高。这些是二阶效应。二极管的简单模型（导通电压高于0.7V）是一种通过接受无限大电流来限制电压的器件。

— 大卫
source

0

一旦二极管在足够的偏置下接通，它便会通过一个小的串联电阻充当0.7或0.6（取决于材料）的电压源。

因此，如果我们增加输入电压，则小电阻器上的电流也会增加。因此，随着输入电压的增加，二极管两端的输出会发生变化。

通常，二极管被认为是理想的，因此没有串联的电阻。因此，二极管两端的o / p电压保持恒定。

— 哥萨曼
source