【技术】二极管正向偏置、反向偏置图解

时间： 2021-10-02 来源：合科泰半导体

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合科泰半导体在本文将对二极管正向偏置反向偏置图解进行详细的讲解，为工程师们的设计提供理论基础。详细介绍内容如下：

当外部被正向电压偏置时，外部电场和自建电场的相互抑制导致载流子的扩散电流增加以产生正向电流。在电子电路中，二极管的正极连接到高电位端，负极连接到低电位端，二极管导通。此连接方法称为正向偏置。

图1

当PN结被正偏压时，外部电场的方向是从P区到N区，这显然与内部电场的方向相反。此时，外部电场驱动P区域中的空穴进入空间电荷区域以抵消负空间电荷的一部分，而N区域自由电子进入空间电荷区域以抵消一部分正电荷空间电荷导致空间电荷区域变窄并且内部电场被削弱。内部电场的弱化增强了多数载流子的扩散运动，形成大的扩散电流（扩散电流由多个子组的定向运动形成，通常简称为电流）。在一定范围内，外部电场越强，正向电流越大，并且PN结对正向电流具有低电阻状态。这种情况称为电子技术中PN结的正向传导。在没有施加电压的情况下，半导体的扩散运动和漂移运动处于动态平衡，并且在动态平衡状态下通过PN结的电流为零。此时，如果在PN结上施加电压，则扩散和漂移运动的平衡被破坏，并且PN结将表现出其单向导电性。

与正向偏压相比，开关电源的正负位置，即P区连接到电源的负极，N区连接到电源的正极，构成PN结的反向偏置。

图2

在二极管的一些重要应用中，器件通常在高速下在高阻抗和低阻抗状态之间交替。在这些应用中，电路中的某些电压波形是脉冲形式，即在高电平（通常为5v）和低电平（通常为0V）之间变化的方波。这些高压和低压信号的转换频率非常高，允许二极管以高速在“开”和“关”状态之间切换。当电阻器连接到硅二极管时，电阻器两端的电流交替变化，电源电压在0V和5V之间交替变化。当e（z）=5v时，二极管处于正向偏置状态，在导通状态下，引脚电流流过电阻，电阻两端的电压等于5-0.7=4.3v。当e（j）=0V时。二极管处于高阻态，即关断状态;由于没有电流流过电阻器，电阻器两端的电压等于零。这种模式与整流器的作用非常相似。这是数字电路——高低两种极端状态。换句话说，假设组合电压值是这两种状态之一。由于二极管在这些电路中的作用是在不同的电压电平下导通或截止，因此该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更多个二极管，每个二极管连接到单独的电压源。为了正确理解开关电路的操作，首先需要确定每个二极管由哪个电压源确定，该电压源处于导通状态并且处于截止状态。正确辨别哪种状态的关键是：如果二极管的阳极与阴极电位相比为正，则它处于正向偏置状态，即当二极管的阳极电位（相对于地）大于阴极（相对于地）电位很高，处于正向偏置状态。当然，也可以说二极管的阴极电位（相对于地）低于阳极（相对于地）。相反，如果二极管处于反向偏置状态，则二极管的阳极与阴极电位相比为负，这相当于二极管的阴极与阳极相比为正。

图3

当PN结反向偏置时，所施加的电场与空间电荷区域中的内部电场的方向相同，这也导致扩散和漂移运动的平衡状态的破坏。施加的电场驱动空间电荷区两侧的空穴和自由电子移动，加宽空间电荷区，增强内部电场，使多数载流子扩散运动困难，增强了漂移运动。少数民族运输反向电流从N区流向P区。然而，由于少数载流子是恒定的并且在常温下数量很小，因此反向电流非常小。小电流表明PN结的反向电阻非常高。通常认为反向偏置的PN结不导电并且基本上处于关断状态。这种情况在添加时被称为电子技术中PN结的反向阻塞。当反向电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不随施加的电压而变化。这是因为反向电流由少数载流子漂移形成。在热激发下，少数载流子的数量增加，并且PN结的反向电流增加。换句话说，只要温度不变，少数载流子的浓度就不会改变。即使反向电压增加超过允许范围，也不能增加少数载流子的数量，并且反向电流趋于恒定。电流也称为反向饱和电流。值得注意的是，反向电流是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。

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