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二极管的正向偏置反向偏置图解

发布日期:2020-04-07 点击次数:477
二极管的正向偏置反向偏置图解
当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。 在电子电路中,将二极管的正极接在高电位端,负极接在低电位端,二极管就会导通,这种连接方式,称为正向偏置。



PN结正偏时,外部电场的方向是从P区指向N区,显然与内电场的方向相反,这时外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷,同时N区的自由电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷,结果使空间电荷区变窄,内电场被削弱。

内电场的削弱使多数载流子的扩散运动得以增强,形成较大的扩散电流(扩散电流由多子的定向移动形成,通常简称为电流)。在一定范围内,外电场愈强,正向电流愈大,PN结对正向电流呈低电阻状态,这种情况在电子技术中称为PN结的正向导通。

半导体在无外加电压的情况下,扩散运动和漂移运动处于动态平衡,动态平衡状态下通过PN结的电流为零。这时,如果在PN结两端加上电压,扩散与漂移运动的平衡就会被破坏,PN结将显示出其单向导电的性能。

与正向偏置相比,交换电源的正、负极位置,即P区接电源负极,N区接电源正极,就构成了PN结的反向偏置。




在一些二极管的重要应用中,器件常常要在高阻和低阻两种状态之间高速交替变化。在这些应用中,电路中的某些电压波形呈现脉冲形式,即在高电平(通常为5v)和低电平(通常为0V)之间变化的方波,这些高低电压信号的转换频率是很高的,使得二极管在“开”与“关”两种状态之间高速转换。

一个电阻和一个硅二极管相连时,当电源电压从0V和5v交替变化时,电阻两端的电流也在交替变化。当e (z)=5v时,二极管处于正向偏置状态,处于导通状态,钉电流流过电阻,电阻两端电压等于5-0.7=4.3v。当e(j)=0V时.二极管处于高阻状态,也就是截止状态;因为没有电流流过电阻,电阻两端电压等于零。

这种模式非常类似于整流器的作用.这就是数字电路中的两种极端状态——高电平和低电平。换句话说,就是设想所合电压值都是这两种状态中的一个。因为二极管在这些电路中的作用就是在不同电压水平下导通或截止,因而这一应用也称为开关电路 [1] 。

典型的二极管开关电路包括两个或多个二极管,每—个二极管与一个独立的电压源相连。要正确理解开关电路的操作过程,就首先要确定每一个二极管是由哪一个电压源决定的,哪个处于导通状态,哪个处于截止状态。

正确辨别处于哪种状态的关键是:如果二极管的阳极相较于阴极电位是正的,它就处于正向偏置状态,也就是说当二极管的阳极电位(相对于地)比阴极(相对于地)电位高,它就处于正向偏置状态。

当然,也可以说成二极管的阴极电位(相对于地)比阳极(相对于地)电位低。相反,如果想让二极管处于反向偏置状态,就让二极管的阳极相较于阴极电位是负的,也相当于二极管的阴极相较于阳极是正的。





PN结反向偏置时,外加电场与空间电荷区的内电场方向一致,同样会导致扩散与漂移运动平衡状态的破坏。外加电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走,使空间电荷区变宽,内电场增强,造成多数载流子扩散运动难于进行,同时加强了少数载流子的漂移运动,形成由N区流向P区的反向电流。

但由于常温下少数载流子恒定且数量不多,故反向电流极小。电流小说明PN结的反向电阻很高,通常可以认为反向偏置的PN结不导电,基本上处于截止状态,这种情况在电子技术中称为PN结的反向阻断当外加的反向电压在一定范围内变化时,反向电流几乎不随外加电压的变化而变化。

这是因为反向电流是由少子漂移形成的,在热激发下,少子数量增多,PN结反向电流增大。换句话说,只要温度不发生变化,少数载流子的浓度就不变,即使反向电压在允许的范围内增加再多,也无法使少子的数量增加,反向电流趋于恒定,因此反向电流又称为反向饱和电流。值得注意的是,反向电流是造成电路噪声的主要原因之一,因此,在设计电路时,必须考虑温度补偿问题。

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