正向偏置二極管傳導電流并在其兩端降低一個小電壓，使大部分電池電壓在燈兩端下降。如果電池的極性接反，二極管會反向偏置，并降低所有電池電壓，不給燈留下任何電壓。如果我們認為二極管是一個自驅動開關（在正向偏置模式下關閉，在反向偏置模式下打開），這種行為是有道理的最顯著的區別是二極管在導通時比普通機械開關下降的電壓要大得多（0.7V對幾十毫伏）。

二極管呈現的這種正向偏置電壓降是由于PN結在施加電壓的影響下形成的耗盡區的作用。如果半導體二極管兩端沒有施加電壓，PN結區域周圍會存在薄耗盡區，從而阻止電流流動（下圖（a））耗盡區幾乎沒有可用的電荷載流子，并充當絕緣體。

圖2.0.4：二極管表示：(a)PN結模型，(b)原理圖符號，(c)物理零件。

二極管的原理圖符號如上圖（b）所示，陽極（尖端）對應于（a）處的P型半導體(b)處的陰極棒，非尖端，對應于(a)處的N型材料另請注意，物理零件(c)上的陰極條紋對應于符號上的陰極。

一旦施加到陽極的電壓比陰極高出大于耗盡層電位的量，從陽極到陰極的常規電流的正向傳導就開始了，如圖2.0.5所示。

圖2.0.5:二極管正向傳導

隨著陽極和陰極之間施加的電壓增加，正向電流首先緩慢增加，因為電荷載流子開始穿過耗盡層，然后以近似指數的方式快速增加。因此，二極管在“導通”或以“正向偏置”模式導通時的電阻不是零歐姆，而是非常低。因為在耗盡電勢以近似如下指數曲線被克服后，正向傳導增加，正向電阻(V/I)根據施加的電壓略有變化。

正向電壓

相反，如果在PN結兩端施加正向偏置電壓，耗盡區會坍塌變得更薄二極管對通過它的電流的電阻變小為了讓持續的電流通過二極管；但是，耗盡區必須被施加的電壓完全塌陷。這需要一定的最小電壓才能完成，稱為正向電壓，如下圖所示：

圖2.0.6:從(a)到(b)增加正向偏置會降低耗盡區的厚度。

對于硅二極管，典型的正向電壓為標稱值0.7V；對于鍺二極管，正向電壓僅為標稱值0.3V。構成二極管的PN結的化學成分決定了其標稱正向電壓值，這就是硅二極管和鍺二極管具有如此不同的正向電壓的原因。對于很寬的二極管電流范圍，正向壓降保持近似恒定，這意味著二極管壓降與電阻器甚至正常（閉合）開關的壓降不同對于大多數簡化的電路分析，導通二極管兩端的壓降可被視為標稱值的恒定值，與電流量無關。

二極管方程

實際上，正向壓降更為復雜給定結點上的電壓降、結點溫度和幾個物理常數，方程描述了通過二極管的準確電流它通常被稱為二極管方程：

式中：

ID=二極管電流,單位為安，

ls=飽和電流，單位為安(通常為1x10-12安)，

e=歐拉常數(~2.718281828)，

q=電量(1.6x10-18庫)，

VD=跨二極管施加的電壓(以伏為單位)，

N=“非理想”或“輻射”系數(通常在1和2之間)，

k=玻爾茲曼常數(1.38x10-23)，

T=結溫(開爾文)。

術語kT/q描述了由于溫度作用在PN結內產生的電壓，稱為結的熱電壓或Vt。在室溫下，這大約是26mV知道這一點，并假設“非理想性”系數為1，我們可以簡化二極管方程并將其改寫為：

式中：

lD=二極管電流

IS=飽和電流(通常為1x10-12A)

e=歐拉常數(~2.718281828)

VD=跨二極管施加的電壓(以伏為單位)

通過“二極管方程”即可分析簡單的二極管電路，只要明白電流傳導二極管兩端的電壓降，隨著流過它的電流量而變化，但這種變化在很寬的電流范圍內是相當小的。這就是為什么許多教科書只是簡單地說導電半導體二極管上的壓降保持恒定，硅為0.7V，鍺為0.3V。

然而，一些電路故意利用PN結固有的指數電流/電壓關系，因此只能在這個方程的應用環境中理解此外，由于溫度是二極管方程中的一個因素，正向偏置的PN結也可以用作溫度感測器件，因此只有在概念上掌握了這一數學關系后才能理解。

審核編輯：湯梓紅