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二極管的正向偏置反向偏置圖解
  • 發(fā)布時(shí)間:2019-12-21 18:15:20
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二極管的正向偏置反向偏置圖解
當(dāng)外部被正向電壓偏置時(shí),外部電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的相互抑制導(dǎo)致載流子的擴(kuò)散電流增加以產(chǎn)生正向電流。在電子電路中,二極管的正極連接到高電位端,負(fù)極連接到低電位端,二極管導(dǎo)通。此連接方法稱為正向偏置。二極管正向偏置
二極管
當(dāng)PN結(jié)被正偏壓時(shí),外部電場(chǎng)的方向是從P區(qū)到N區(qū),這顯然與內(nèi)部電場(chǎng)的方向相反。此時(shí),外部電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)P區(qū)域中的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)域以抵消負(fù)空間電荷的一部分,而N區(qū)域自由電子進(jìn)入空間電荷區(qū)域以抵消一部分正電荷空間電荷導(dǎo)致空間電荷區(qū)域變窄并且內(nèi)部電場(chǎng)被削弱。內(nèi)部電場(chǎng)的弱化增強(qiáng)了多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),形成大的擴(kuò)散電流(擴(kuò)散電流由多個(gè)子組的定向運(yùn)動(dòng)形成,通常簡(jiǎn)稱為電流)。在一定范圍內(nèi),外部電場(chǎng)越強(qiáng),正向電流越大,并且PN結(jié)對(duì)正向電流具有低電阻狀態(tài)。這種情況稱為電子技術(shù)中PN結(jié)的正向傳導(dǎo)。在沒(méi)有施加電壓的情況下,半導(dǎo)體的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)處于動(dòng)態(tài)平衡,并且在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下通過(guò)PN結(jié)的電流為零。此時(shí),如果在PN結(jié)上施加電壓,則擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)的平衡被破壞,并且PN結(jié)將表現(xiàn)出其單向?qū)щ娦浴?/div>
與正向偏壓相比,開關(guān)電源的正負(fù)位置,即P區(qū)連接到電源的負(fù)極,N區(qū)連接到電源的正極,構(gòu)成PN結(jié)的反向偏置。
二極管
在二極管的一些重要應(yīng)用中,器件通常在高速下在高阻抗和低阻抗?fàn)顟B(tài)之間交替。在這些應(yīng)用中,電路中的某些電壓波形是脈沖形式,即在高電平(通常為5v)和低電平(通常為0V)之間變化的方波。這些高壓和低壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換頻率非常高,允許二極管以高速在“開”和“關(guān)”狀態(tài)之間切換。當(dāng)電阻器連接到硅二極管時(shí),電阻器兩端的電流交替變化,電源電壓在0V和5V之間交替變化。當(dāng)e(z)=5v時(shí),二極管處于正向偏置狀態(tài),在導(dǎo)通狀態(tài)下,引腳電流流過(guò)電阻,電阻兩端的電壓等于5-0.7=4.3v。當(dāng)e(j)=0V時(shí)。二極管處于高阻態(tài),即關(guān)斷狀態(tài);由于沒(méi)有電流流過(guò)電阻器,電阻器兩端的電壓等于零。這種模式與整流器的作用非常相似。這是數(shù)字電路——高低兩種極端狀態(tài)。換句話說(shuō),假設(shè)組合電壓值是這兩種狀態(tài)之一。由于二極管在這些電路中的作用是在不同的電壓電平下導(dǎo)通或截止,因此該應(yīng)用也稱為開關(guān)電路[1]。典型的二極管開關(guān)電路包括兩個(gè)或更多個(gè)二極管,每個(gè)二極管連接到單獨(dú)的電壓源。為了正確理解開關(guān)電路的操作,首先需要確定每個(gè)二極管由哪個(gè)電壓源確定,該電壓源處于導(dǎo)通狀態(tài)并且處于截止?fàn)顟B(tài)。正確辨別哪種狀態(tài)的關(guān)鍵是:如果二極管的陽(yáng)極與陰極電位相比為正,則它處于正向偏置狀態(tài),即當(dāng)二極管的陽(yáng)極電位(相對(duì)于地)大于陰極(相對(duì)于地)電位很高,處于正向偏置狀態(tài)。當(dāng)然,也可以說(shuō)二極管的陰極電位(相對(duì)于地)低于陽(yáng)極(相對(duì)于地)。相反,如果二極管處于反向偏置狀態(tài),則二極管的陽(yáng)極與陰極電位相比為負(fù),這相當(dāng)于二極管的陰極與陽(yáng)極相比為正。
二極管
當(dāng)PN結(jié)反向偏置時(shí),所施加的電場(chǎng)與空間電荷區(qū)域中的內(nèi)部電場(chǎng)的方向相同,這也導(dǎo)致擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)的平衡狀態(tài)的破壞。施加的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移動(dòng),加寬空間電荷區(qū),增強(qiáng)內(nèi)部電場(chǎng),使多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)困難,增強(qiáng)了漂移運(yùn)動(dòng)。少數(shù)民族運(yùn)輸反向電流從N區(qū)流向P區(qū)。然而,由于少數(shù)載流子是恒定的并且在常溫下數(shù)量很小,因此反向電流非常小。小電流表明PN結(jié)的反向電阻非常高。通常認(rèn)為反向偏置的PN結(jié)不導(dǎo)電并且基本上處于關(guān)斷狀態(tài)。這種情況在添加時(shí)被稱為電子技術(shù)中PN結(jié)的反向阻塞。當(dāng)反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí),反向電流幾乎不隨施加的電壓而變化。這是因?yàn)榉聪螂娏饔缮贁?shù)載流子漂移形成。在熱激發(fā)下,少數(shù)載流子的數(shù)量增加,并且PN結(jié)的反向電流增加。換句話說(shuō),只要溫度不變,少數(shù)載流子的濃度就不會(huì)改變。即使反向電壓增加超過(guò)允許范圍,也不能增加少數(shù)載流子的數(shù)量,并且反向電流趨于恒定。電流也稱為反向飽和電流。值得注意的是,反向電流是電路噪聲的主要原因之一。因此,在設(shè)計(jì)電路時(shí)必須考慮溫度補(bǔ)償。
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