二極體電壓降：數值、公式與測量方法

每顆二極體在導通時都會損失一部分電壓。這個損失就是二極體電壓降，它會決定有多少電壓真正到達負載、元件會產生多少熱，以及你的低電壓電源軌是否仍能正常工作。

本指南將說明不同類型二極體的典型正向電壓、背後公式、影響因素、如何使用萬用表測量，以及它在實際電路中為什麼重要。

什麼是二極體電壓降？

二極體電壓降是指當電流從陽極流向陰極時，出現在二極體兩端的正向電壓（Vf）。它也稱為正向電壓降或正向電壓（Vf）。

正向電壓（Vf）是二極體在正向偏壓導通時，量測到的兩端電壓。電流從陽極進入，並從陰極流出。當二極體導通時，接面兩端會產生正向電壓。實際數值取決於電流、溫度與二極體結構。

理想二極體電壓降為 0V，像完美開關一樣運作。實際二極體則一定會損失一部分電壓，因為其半導體接面需要最低電位才能導通。這部分損失的電壓會轉化為熱，無法到達負載。在設計電路板時，確認標準二極體符號與方向，可確保正向偏壓條件正確建立。

圖：正向偏壓二極體連接到電池與電阻，顯示二極體兩端有 0.7V 電壓降，其餘電壓落在負載電阻上。

依二極體類型整理的電壓降表

正向電壓取決於半導體材料；對 LED 來說，也取決於發光顏色。可將下表作為快速參考，之後仍應依照元件資料表確認。

關於二極體電壓降的常見錯誤

• 以為每顆二極體都會下降 0.7V
• 忽略溫度影響
• 把 LED 正向電壓當成固定值
• 只依典型值設計，而不是依資料表數值設計

#1 矽二極體的電壓降

矽是最常見的預設材料。多數矽二極體工作在約 0.6–0.8V。工程師通常會將其四捨五入為 0.7V 電壓降，而功率整流二極體在額定電流下會更高。

• 1N4148（訊號）：約 0.7V
• 1N4007（整流）：在 1A 時最高約 1.1V

#2 蕭特基二極體電壓降

蕭特基二極體使用金屬－半導體接面，而不是 PN 接面。結果是正向電壓更低、效率更高、切換速度更快。取捨則是反向漏電流較高。

範例元件：1N5817、1N5819、SS14，皆可透過 JLCPCB 的 Parts Product Page 輕鬆採購。其正向電壓通常為 0.15-0.45V。

#3 鍺二極體電壓降

鍺二極體的電壓降約為 0.3V。常用於訊號檢波與經典礦石收音機電路。範例：1N34A。

#4 LED 的電壓降

LED 是一種二極體，但其電壓降遠高於矽二極體，且數值會隨顏色變化。典型 LED 正向電壓可參考上方表格，從接近 2V 的紅光 LED，到接近 3.3V 的白光 LED。

#5 齊納二極體的電壓降

在正向模式下，齊納二極體的行為與一般矽二極體相同，約為 0.7V。它的主要用途是在反向模式下，於固定崩潰電壓（Vz）導通。不要把正向 Vf 與反向 Vz 額定值混淆。就像在 BJT 與 MOSFET 之間選擇一樣，正確的工作模式取決於你的功率與開關需求。

#6 快速恢復二極體的電壓降

這類二極體的正向電壓與標準矽二極體相近，但針對切換速度最佳化，因此常見於開關模式電源供應器與高頻整流器。

圖：比較鍺二極體、蕭特基二極體、矽二極體、整流二極體與 LED 的正向電壓降。

為什麼二極體會有電壓降？

PN 接面勢壘

在 P 型與 N 型矽材料接觸的位置，電荷會擴散並形成帶有內建電場的空乏區。這個電場就是一個位能障壁。只有當外加電壓克服它時，電流才會流動。

為什麼矽二極體常被稱為 0.7V 二極體？

0.7V 是在典型條件下克服矽接面勢壘所需的電壓。這是工程上的簡化估算，不是固定常數。實際 Vf 會隨電流與溫度變化。

為什麼二極體正向電壓（Vf）不是固定值？

二極體 I-V 曲線是指數型，而不是突然導通的開關。即使低於 0.7V，也會有小電流流動，並不存在絕對的開／關門檻。Vf 也會隨電流變化，下一節會進一步說明。

影響二極體電壓降的因素

#1 二極體電流

正向電流越大，Vf 越高。由於兩者關係是對數型，因此上升是逐步的，但確實存在：同一顆二極體在 5A 時的電壓降，會高於 5mA 時的電壓降。

圖：矽二極體 I-V 曲線，顯示正向電壓會隨電流增加而上升。

#2 二極體溫度

矽二極體 Vf 約以 -2mV/°C 下降。二極體越熱，電壓降越低。這對熱穩定性很重要：當二極體升溫時，其 Vf 下降，允許更多電流通過，進一步升高溫度。在高電流電路中，如果沒有正確限制電流，這種效應可能導致熱失控。

在回流焊過程中確保適當的熱曲線，對保護敏感 PN 接面免受過熱損傷非常重要。

#3 半導體材料

• 矽：約 0.7V
• 鍺：約 0.3V
• 蕭特基：0.15–0.45V

#4 元件結構

• 訊號二極體：接面較小，電流適中
• 功率整流二極體：接面較大，在高電流下運作
• 高電流元件：在滿載時 Vf 會上升

較大型的功率整流二極體在額定電流下，通常會因較高工作電流與元件結構而表現出較高的正向電壓。

如何計算二極體電壓降

方法 1：快速工程估算

進行快速手算時，可假設固定電壓降，並將其從供應電壓中扣除。

範例：5V 電源軌經過一顆矽二極體後，留給負載的電壓為 5V - 0.7V = 4.3V。

方法 2：使用 Shockley 二極體方程式

若要描述精確行為，可使用 Shockley 二極體方程式：

• Is：反向飽和電流
• n：理想因子，實際二極體通常為 1 到 2
• VT：熱電壓，在 25°C 時約為 25.85mV
• VD：二極體兩端電壓

此方程式顯示電流會隨電壓呈指數上升。對大多數設計工作而言，固定估算值或資料表曲線已經足夠。

方法 3：使用二極體資料表曲線

最準確的數值來自元件資料表。

1. 確認二極體型號
2. 找到其資料表
3. 找到 Vf 與 If 關係圖
4. 讀取工作電流下的 Vf
5. 依溫度進行修正

圖：二極體資料表中的正向電流與正向電壓關係圖，顯示如何判定工作 Vf。

案例研究：1N4007 與 1N5819 的資料表數值

實際元件會提供具體數字，而不是簡化估算：

• 1N4007：Vf = 1.1V，If = 1A
• 1N5819：Vf ≈ 0.45V，If = 1A

在 1A 條件下，1N4007 資料表中常見約 1.1V 的正向電壓規格。同樣電流下，電壓降差異很大，因為 1N5819 是蕭特基二極體。

如何使用萬用表測量二極體電壓降

1. 關閉電源
2. 將電容放電
3. 將萬用表設定為二極體模式
4. 將紅色表筆接到陽極
5. 將黑色表筆接到陰極
6. 讀取顯示的 Vf
7. 反接表筆，確認顯示 OL（open line，開路）

二極體測試模式會施加一個小測試電流，通常依萬用表不同，落在微安到毫安範圍，因此讀值會低於標稱 0.7V。健康的二極體在一個方向會讀到正向值，反向時則顯示 OL。若兩個方向讀值相同，代表可能是短路二極體。

圖：數位萬用表在二極體測試模式下量測矽二極體，表筆以正向偏壓方式連接。

為什麼二極體電壓降在電路設計中很重要？

二極體功率耗散

每顆導通中的二極體都會將功率轉為熱：

P = Vf * If

在較高電流下，熱量會迫使設計者使用散熱片或選擇較低 Vf 的元件。

整流二極體效率

• 半波：一個二極體電壓降
• 全波（中心抽頭）：電流路徑中有一個電壓降
• 橋式：導通路徑中有兩個電壓降

橋式整流器在導通路徑中通常會引入兩個二極體電壓降，這會降低低電壓電源供應器的效率。

圖：橋式整流電路，顯示電流流經兩顆導通二極體，並產生正向電壓損失。

反接保護中的二極體電壓降

電壓降越低，保護路徑中浪費的電壓與熱就越少。

低電壓電子產品中的二極體

供應電壓越小，二極體壓降造成的影響越明顯：

• 3.3V 系統
• 電池供電裝置
• IoT 節點
• USB 供電電路

在 3.3V 電源軌上，0.7V 的矽二極體壓降會浪費超過五分之一的供應電壓。使用蕭特基二極體或理想二極體 MOSFET，可回收大部分電壓。在早期 PCBA vs PCB 設計考量階段就完成這些選型，可避免後續出現電壓下陷與佈局問題。

二極體電壓降常見問題

結論

二極體電壓降是二極體導通時損失的正向電壓，且會依技術而異：矽二極體約 0.7V，蕭特基二極體低得多，LED 則高得多。電流、溫度與元件結構都會改變此數值，因此資料表曲線能提供最準確的參考。使用萬用表的二極體模式測量 Vf，是故障排查與元件選型時快速且可靠的檢查方式。