二极管传统的死区电压是个伪命题

在大家的关心支持下，本帖取得了很大的进展，多方论证了传统死区电压就是个伪命题，分析了传统概念形成的原因；同时又保留了死区电压概念称的意义，特别是给予其科学的定义；另外也分析了理论在实际中的应用，包括小信号检波、对数运算、反对数运算的基本原理、肖特基二极管的验证等，还有二极管耐压的测试规范。这过程中也熟悉了对数坐标系的运用，加深了肖克莱方程的理解。目前讨论还在深入中，希望各位专家继续支持，积极发表意见。因为可能要进入理论和实践结合的深水区，面临着解决难题，更需要大家通力合作。为了营造更好的讨论氛围，根据ddxxmm_001先生的提议，本帖重申：

温馨提示：请不要说无关的话题，并请文明发言！

到目前为止重要阶段性成果小结如下： (2015/8/10)

一、【关于阈值电压的科学定义】规定使二极管通过千分之一额定电流时的正向电压值为该二极管的阈值电压。

1. 1、 传统死区电压认为，“正向电压超过某一数值时，正向电流才明显增加，这一电压称为死区电压”的说法是错误的。这是因为，特性曲线每一点的右方的电流总是比左方的电流增加更快。特定的“某一点”根本不存在。

2. 2、 与此相连，所谓“硅管的死区电压0.5V左右、锗管的死区电压0.2V左右”也就失去了依据。应以科学定义为准。

3. 3、有的书上宣称：Ud＜Uth（阈值电压）时Id=0。这是错误的，只要加上正向电压，二极管就开始导通，不存在电流为零的死区电压。

4. 4、认为正向电压超过势垒电压时二极管电流才会迅速增大的说法也是不符合实际情况的。

5、 5、鉴于“死区电压”的说法容易引起歧义，建议不要继续采用“死区电压”的说法，代之以“阈值电压”较好，但要用东方科学定义。

二、关于肖克莱方程

1. 1、 肖克莱方程 Id=Is （e^U/nUT﹣1）

Id是二极管电流

Is是理想二极管反向饱和电流

U_T=26mV

n是系数，理想二极管n=1

2. 2、 不能用实际二极管的反向饱和电流作为理想二极管的Is，两者相差几个数量级；

3. 3、不能忽略实际二极管的n。

三、求解实际二极管的Is和n的“东方两点法”

实际二极管的Is值可以用测量正向电流的方法求得；

1. 1、 实际二极管的n≠1，不能忽略；

2. 2、 具体方法可用东方两点法测Is和n

3. 3、 【东方两点法】：

适当选取不同的两个正向电压U1和U2，分别测得两个对应电流I1和I2，代入肖克莱方程，即可解得Is和n。（详见246等楼层）

四 四、判断二极管符合肖克莱方程的区间

1. 1、【东方判据】当用半对数坐标图描述二极管伏安特性时，该曲线的直线部分就是该二极管符合肖克莱方程的区间；

2. 2、 在运用【东方两点法】选取U1和U2时，应在上述坐标图的直线区间选取。

3. 3、实践证明，三极管发射结比二极管符合肖克莱方程的区间更宽，在实践中得到广泛应用，如已经研究过的对数和反对数运算放大器。

五、关于对数坐标图的研究（2015/8/10）
由于坐标系的选取不同，直接导致对死区电压的不同理解，有必要对常用的线性坐标系和对数坐标系进行研究
1、 在二极管伏安特性研究的初期，一般都是用线性坐标系，产生熟知的伏安特性图：





包括国外的教材也是这样，从这个图上很容易产生这样的假象，即从Uth开始，电流快速增长，于是很“自然”的把Uth定为阈值电压，有的称为“死区电压”。但这只是一种错觉。
2、 这个死区电压的概念一经产生，就又引起新的联想，认为既然是“死区”，那不到死区的电压，顾名思义就不会有电流，于是出现下面的臆想图：


该图是如此根深蒂固，以至于大多的学生也包括电子学的教师都认为在死区电压以下，二极管是不能导通的，

3、 在用半对数坐标图表示二极管的伏安曲线后，情况才开始明朗起来。见东方半对数曲线图：





图中，在1mA~1pA的很宽范围内，都没有哪个电流对应的某个电压值是特殊的、使电流突然增大。传统意义上的死区电压确实是不存在的。
4、 【注意】 对数坐标的起始点不是I=0A的点，图中电流的显示范围是1pA~1A，不能像线性坐标系那样标出电流显示范围是0~1A。例如某仿真软件给出的对数曲线图的电流范围是错误的：
其中，右方电流范围中的I:0A 的标识是错误的。

上图应改为东方电流范围标识：




其中F(final) ：这里指高端电流值 I(initial)：这里指低端电流值
显示的电流范围是0.001μA~10A

6、【问题】线性坐标系里的指数曲线，在半对数坐标系里的形态是怎样的？

如线性坐标系里的指数曲线用 y=Ae^kx表示

在纵轴是对数分划时， 令z=lny，则z=lnA＋kx

使lnA=b 则 z=kx＋b 很显然，这是个直线方程。

【重要结论】在线性坐标系中的指数方程，到半对数坐标系里成为直线。

这一结论是“判断二极管符合肖克莱方程区间”的理论依据。

六、既然“死区电压”是由误解和不准确的联想造成的，为彻底消除其不良影响，东方建议取消“死区电压”的说法，而用阈值电压替换之。而且不采用传统的“当二极管正偏电压增加到某电压，电流会迅速增大，这个电压就是阈值电压。”的不准确定义。
【阈值电压科学定义】规定使二极管通过额定电流千分之一时的正向电压值为该二极管的阈值电压。


话题:二极管传统的死区电压是个伪命题
这个话题是由DXM的“二极管的死区电压究竟是多少？” 引出来的，而“伪命题”是 YTDFWANGWEI首先提出，这里借用一下，并表示感谢。
二极管的死区电压究竟是多少？
XW：这你瞒不了我。硅管是0.5V锗管是0.1V
东方：很好！
dxm：嘿嘿！不要小看二极管，有的问题叫你一辈子也搞不清楚！
主题: PN结死区电压应该多大？
这似乎又是一个大家公认，毋庸置疑的问题，硅管大约0.5V，锗管大约0.2V。
今天的主题又是一个可能令大家纠结的话题。dxm本身不做任何评价，只把实验仿真结果予以公布，请大家各抒己见，希望通过讨论最后能取得一致观点。进一步加深对半导体元件的认识程度。

图一

图二

图三

图四

图五

图六

上图图横坐标显示范围进一步缩小为0~0.5V，纵坐标刻度范围为0~0.001uA。结果求得死区电压大约为254.975mV，死区电压进一步降低。
上图的纵坐标刻度已经达到VI特性仪的纵坐标最小极限了。可以推知，如果VI特性仪的显示精度无限高，所求的死区电压将会无限低！。。。。。。岂不荒唐？
那么，错在哪里？仿真原理错误？还是仪器精度问题？还是传统观点对死区的定义不严密？还是？。。。。。。 欢迎各位发表高见！
XW：这是怎么回事？不是说0.5V是死区电压吗？怎么0.2V还有电流呢？
东方：仿真的数据不可靠，看一看真实的二极管数据：







图七 贴片1N4148的伏安特性
XW：这个图怎么是这个样子的？
东方：你认为应该是怎样的？
XW：不都是这样吗？如下图：




图八
东方：那是坐标刻度不同，图八是线性坐标系，而图七的纵坐标用的是对数刻度，横坐标还是线性刻度，
XW：为什么要用对数坐标系呢？
东方：为了看清楚。
XW：好像更看不懂了。
东方：如果画成线性坐标系的曲线是这样的：

图九

XW：这个有点像。从这图看来，死区电压是0.5V左右。但电流小的看不清楚。
东方：这就是线性坐标系的缺点。再看这个图：





图十
XW：这哪儿来的？
东方：还是由原图来的，不过电流取的是0~80mA
XW：好像死区电压是0.4V左右。
东方：还可以画出这样的曲线，电流是0~8mA：





图十一
XW：这个死区电压又像0.3V左右了。
东方：你看嘛，咱不用仿真，也能得到和dxm相似的现象。这就提示我们，究竟什么是死区电压？
XW：不是说死区电压也叫开启电压，在二极管正负极间加电压，当正向电压超过一定数值（硅管约0.5V，锗管约0.1V）后，二极管电阻变得很小，电流增长很快。这个电压称死区电压。
东方：好，我们看看实际的二极管，是不是0.5V之后，电流才增长很快？
XW：从图十一看，0.4V之后就开始增长快了。但从图九看，要到0.6V之后才快起来，这是怎么回事？
东方：原因只有一个“二极管根本就没有一个电流突然增加的电压值！”，也“不存在电流为零的死区电压值！”这在图七中看的很清楚，并没有一个特殊的点！而原先的转折电压、死区电压都是线性坐标系图带来的假象。
XW：但是，死区电压是有理论根据的，那就是势垒理论。
（转帖）
死区电压和势垒电压的区别？死区电压等于势垒电压么？

itIT83HE80 2014-07-03
优质解答 ：
不加电压的情况下,PN两个区域的交界处由于各自的多数载流子性质不同，会向对方进行扩散，从而建立起一个内建电场。


图十二
当外加正向电压时，这个内电场是阻止电流从P区流向N区的。这就是“势垒”，也叫“阻挡层”。若要电流流过，就必须克服这个内建电场，也叫克服“死区电压”。一般估算时，硅材料该电压为0.65~0.7V；锗材料为0.25~0.3V。（转帖完）

东方：这种说法产生了一个误区，好像外电压不超过阻挡层，就不可能有电流，实际上不是这样。只有外加电压为零时，阻挡层的扩散和漂移运动平衡时没有电流，一旦加上正向电压，平衡就被打破，二极管就开始导电。随着电压逐渐升高，电流基本上呈指数形式上升。也没有哪个点是死区。
这样看来，是不是死区电压就是个“伪命题”？

改变颜色和字号也是YTDFWANGWEI先生用的，东方也试试。
谢谢大家发表不同意见。