當外部被正向電壓偏置時,外部電場和自建電場的相互抑制導(dǎo)致載流子的擴散電流增加以產(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
當PN結(jié)被正偏壓時,外部電場的方向是從P區(qū)到N區(qū),這顯然與內(nèi)部電場的方向相反。此時,外部電場驅(qū)動P區(qū)域中的空穴進入空間電荷區(qū)域以抵消負空間電荷的一部分,而N區(qū)域自由電子進入空間電荷區(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)部電場被削弱。內(nèi)部電場的弱化增強了多數(shù)載流子的擴散運動,形成大的擴散電流(擴散電流由多個子組的定向運動形成,通常簡稱為電流)。在一定范圍內(nèi),外部電場越強,正向電流越大,并且PN結(jié)對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)。在沒有施加電壓的情況下,半導(dǎo)體的擴散運動和漂移運動處于動態(tài)平衡,并且在動態(tài)平衡狀態(tài)下通過PN結(jié)的電流為零。此時,如果在PN結(jié)上施加電壓,則擴散和漂移運動的平衡被破壞,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)電源的正負位置,即P區(qū)連接到電源的負極,N區(qū)連接到電源的正極,構(gòu)成PN結(jié)的反向偏置。
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狀態(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。當電阻器連接到硅二極管時,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e(z)=5v時,二極管處于正向偏置狀態(tài),在導(dǎo)通狀態(tài)下,引腳電流流過電阻,電阻兩端的電壓等于5-0.7=4.3v。當e(j)=0V時。二極管處于高阻態(tài),即關(guān)斷狀態(tài);由于沒有電流流過電阻器,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,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)電路包括兩個或更多個二極管,每個二極管連接到單獨的電壓源。為了正確理解開關(guān)電路的操作,首先需要確定每個二極管由哪個電壓源確定,該電壓源處于導(dǎo)通狀態(tài)并且處于截止狀態(tài)。正確辨別哪種狀態(tài)的關(guān)鍵是:如果二極管的陽極與陰極電位相比為正,則它處于正向偏置狀態(tài),即當二極管的陽極電位(相對于地)大于陰極(相對于地)電位很高,處于正向偏置狀態(tài)。當然,也可以說二極管的陰極電位(相對于地)低于陽極(相對于地)。相反,如果二極管處于反向偏置狀態(tài),則二極管的陽極與陰極電位相比為負,這相當于二極管的陰極與陽極相比為正。
當PN結(jié)反向偏置時,所施加的電場與空間電荷區(qū)域中的內(nèi)部電場的方向相同,這也導(dǎo)致擴散和漂移運動的平衡狀態(tài)的破壞。施加的電場驅(qū)動空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移動,加寬空間電荷區(qū),增強內(nèi)部電場,使多數(shù)載流子擴散運動困難,增強了漂移運動。少數(shù)民族運輸反向電流從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)。這種情況在添加時被稱為電子技術(shù)中PN結(jié)的反向阻塞。當反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時,反向電流幾乎不隨施加的電壓而變化。這是因為反向電流由少數(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,只要溫度不變,少數(shù)載流子的濃度就不會改變。即使反向電壓增加超過允許范圍,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)計電路時必須考慮溫度補償。
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