二极管

Diode I = I_S (e^(V/nV_T) − 1)

符号: I = I_S (e^(V/nV_T) − 1)
单位: V_T ≈ 25.85 mV at 300 K · n = 1…2 · I_S in pA…nA
所属节: 半导体器件
发布: 2026-08-23
作者: 由 The Circuit Desk 编写

二极管是 PN 结，其电流是正向电压的指数函数。正向下超过膝点后导通迅速上升；反向下则阻断，直到超过反向耐压。指数特性使它既可以做开关、钳位，也可以做基准和检波，取决于偏置方式。

两端 PN 结器件，正向电压超过约 0.6 V 后只沿一个方向导通。

支配关系式 I = I_S (e^(V / nV_T) − 1) V_T = kT / q ≈ 25.85 mV at 300 K V_T ≈ 25.85 mV at 300 K · n = 1…2 · I_S in pA…nA

指数关系与 60 mV 的意义

室温下正向电压每增加约 60 mV，正向电流大致增大十倍。这就是正向压降在五个数量级的电流范围内都维持在 0.7 V 附近的原因，也是它并非常数的原因：10 mA 时压降约 0.70 V，同一只管子 10 µA 时只有约 0.46 V。任何把 0.7 V 当作精确值的电路，在低电流时会有几十毫伏的误差。

各类二极管与适用场合

正向压降与反向恢复时间是决定选型的两项参数。

类型	额定电流下 V_F	反向恢复	典型用途
硅 PN（1N400x）	0.9 – 1.1 V	2 – 30 µs	50/60 Hz 整流
肖特基（1N581x）	0.3 – 0.5 V	几乎为零	开关电源续流、低压或合
快恢复 / 超快恢复	1.0 – 1.4 V	50 – 200 ns	高频整流
小信号二极管	10 mA 时 0.7 V	≈ 4 ns	钳位、检波、逻辑

反向击穿并非总是致命的

普通整流管反向超压会损坏，但有两类是有意设计成击穿工作的：稳压二极管利用可控击穿作基准；雪崩二极管则设计为能承受反复脉冲，用作瞬态钳位。两者的关键额定都是结能承受的功率，而不是击穿电压本身。

开关行为

正向导通的 PN 结内储存着少子电荷，要关断必须先抽走这些电荷，因此二极管会在短时间内继续反向导通——这就是反向恢复。50 Hz 时它只占 10 ms 里的几微秒，可以忽略；500 kHz 时它占 2 µs 周期里的几微秒，损耗与 EMI 都由它主导。这也是几十千赫以上的开关电源都改用肖特基或同步整流的原因。

算例

12 V 电源经一只硅二极管串联 470 Ω 电阻驱动红色 LED。硅管在此电流下压降约 0.68 V，LED 约 1.9 V，电阻上剩 9.42 V，电流 20 mA。把电源升到 24 V，电流几乎翻倍到 40 mA，因为两个二极管的压降几乎不动——指数特性使它们在该范围内仅变化约 40 mV。压降近乎恒定正是二极管能当基准的原因，也正是它不适合限流的原因。

架外延伸

Diode

Sources · 参考出处

University of Mississippi http://www.phy.olemiss.edu/~cremaldi/PHYS417/DiodeBasics.pdf
Northern Illinois University https://nicadd.niu.edu/~fortner/course/phys375/lect/p375_05a.pdf
Physics LibreTexts https://phys.libretexts.org/Bookshelves/University_Physics/University_Physics_(OpenStax)/University_Physics_II_-_Thermodynamics_Electricity_and_Magnetism_(OpenStax)