不同的半导体结具有不同的正向电压（以及反向漏电流、反向击穿电压等）。典型的小信号硅二极管的正向压降在 0.7 伏左右。同样的东西只有锗，大约0.3V。像 1N4004 这样的 PIN（p 型、本征、n 型）功率二极管的正向压降更像是伏特或更多。典型 1A 功率肖特基的正向压降在低电流下约为 0.3V，对于其设计工作电流而言更高。

带隙与它有很大关系——锗的带隙比硅低，而硅的带隙比 GaAs 或其他 LED 材料低。碳化硅具有更高的带隙，而碳化硅肖特基二极管的正向压降约为 2V（查看我的数字）。

除了带隙之外，结的掺杂分布也与它有很大关系——肖特基二极管是一个极端的例子，但 PIN 二极管通常比 PN 具有更高的正向压降（和反向击穿电压）交界处。LED 正向压降的范围从红色 LED 的 1.5V 到蓝色 LED 的 3V——这是有道理的，因为 LED 机制基本上是每个电子产生一个光子，因此伏特的正向压降必须等于或大于发射的光子以电子伏特为单位。

基础知识

化学表中的所有材料和不同组合的分子都具有独特的电学性质。但是只有3个基本的电气类别；导体、绝缘体（=电介质）和半导体。电子的轨道半径是其能量的量度，但在带中形成的许多电子轨道中的每一个都可以是：

• 分散得很远=绝缘体
• 重叠或无间隙 = 导体
• 小差距 = 半导体。

这被定义为以电子伏特或 eV为单位的带隙能量。

物理定律

不同材料组合的 eV 水平直接影响光的波长和正向压降。所以光的波长与这个间隙和普朗克定律定义的黑体能量直接相关

因此，较低 eV 的导体具有较长波长的低能量光（如热 = 红外线）和较低的正向电压“阈值”或拐点电压 Vt，例如；*1

Germanium           Ge  = 0.67eV,   Vt= 0.15V  @1mA  λp=tbd
Silicon             Si  = 1.14eV,   Vt= 0.63V  @1mA  λp=1200nm (SIR) 
Gallium Phosphide   GaP = 2.26 eV,  Vt= 1.8V   @1mA  λp=555nm (Grn)

来自掺杂剂的不同合金产生不同的带隙和波长以及 Vf。

老LED技术

SiC         2.64 eV Blue
GaP         2.19 eV Green
GaP.85As.15 2.11 eV Yellow
GaP.65As.35 2.03 eV Orange
GaP.4As.6   1.91 eV Red

这是一个范围从 Ge 到 Sch 到 Si 的中低电流二极管及其 VI 曲线，其中线性斜率是由于 Rs = ΔVf/ΔIf。

较新的合金在不同半径处可能具有相似的颜色，但相似的颜色共享相同的带隙，但可能具有更大的 Vf，但仍与与波长成反比的 eV 能量成正比。 选择这些是因为提高功率水平和降低串联导体电阻，Rs 总是成反比关系 \$R_s = \dfrac{k}{P_{max}}\$。

• 因此，具有 0.2mm² 芯片且 k=1 的 65mW 5mm LED 具有Rs=1/65mW=16 Ω ，容差约为 +25%/-10%，但较旧的或废品为 +50%，而芯片稍大的更好~ 10Ω，但仍受 5mm 环氧树脂外壳的热绝缘限制，以提高热量。
• 那么 ak=0.25 到 1 的1W SMD LED可能具有 Rs=0.25 到 1 Ω，阵列按串联/并联比例缩放电阻，并按 S/P x Ω 分解，电压按串联数缩放。

k 是我的供应商质量相关常数，与芯片热阻和功效的热导率以及设计人员的电路板热阻有关。

然而 k 典型值。所有二极管仅在 1.5（差）到 0.22（最佳）之间变化。在新的 SMD LED 中发现越低越好，这可能会在电路板和旧的 Si 外壳安装的功率二极管中散热，并且在新的 SiC 功率二极管中也有所改进。因此，SiC 具有更高的 eV，因此在低电流下具有更高的 Vt，但反向击穿电压比 Si 高得多，这对于高压大功率开关很有用。

结论

任何二极管的 Vf 是阈值电压的带隙能量的结果，曲线拐点处的 Vt（X 轴交叉点）和传导损耗Rs 使得\$V_f=V_t+I_f*R_s\$是一个很好的近似值Tjcn=25'C 时的线性曲线。

如果我们将封装功率额定值与一些温度升高到 Tj=85'C 我们也可以估计\$V_f=V_t+\dfrac{kI_f}{P_{max}}\$ 但是你永远找不到在任何数据表中发布的 k，比如许多其他方面，它是设计人员的选择标准（或客户的质量控制变量）或品质因数 (FOM)，例如 MOSFET RdsOn 的 gm * nF * Ω=T[ns]。

参考

• https://en.wikipedia.org/wiki/Band_gap#List_of_band_gaps
• 图http://www.oldradioworld.de/gollum/fig04.jpg
• 旧 LED http://matse1.matse.illinois.edu/sc/f.html
• 基本原则http://matse1.matse.illinois.edu/sc/prin.html
• https://en.wikipedia.org/wiki/Planck 's_law
• 结论：我自己的 45 年 LED 研究

*1

我将 Vf 更改为 Vt，因为数据表中的 Vf 是推荐的额定电流，其中包括带隙和传导损耗，但 Vt 不包括额定传导损耗 Rs @ If。

就像 MOSFET Vgs(th)=Vt= Id= x00uA 时的阈值电压一样，这仍然是非常高的 Rds 尚未开始导通，您通常需要 Vgs= 2 到 2.5 x Vt 才能获得 RdsOn。

例外

功率二极管 MFG：Cree碳化硅 (SiC) 1700V PIV, @ 10A 2V @ 25'C 3.4@ 175'C @ 0.5A 1V @ 25'C Pd max = 50W @ Tc=110C and Tj=175'C

因此 Vt=1V, Rs ¼ Ω, Vr=1700V, k= ¼Ω * 50W = 12.5 由于 1.7kV PIV 额定值而很高。

• @ Tj=175'C = (3.4-1.0)V/(10-0.5)A = ¼ Ω, k= Rs*Pmax

  

这里 Vf 具有正温度系数，PTC 与大多数二极管不同，因为 Rs 支配着带隙敏感 Vt，而 Vt 仍然是 NTC。这使得很容易并行堆叠而不会出现热失控。

正向偏置结上的电压降取决于材料的选择。普通的PN 硅二极管的正向电压约为 0.7V，但 LED 由不同的材料制成，因此具有不同的正向压降。