什么是反向偏置

　　與正向偏置相比，交換電源的正、負(fù)極位置，即P區(qū)接電源負(fù)極，N區(qū)接電源正極，就構(gòu)成了PN結(jié)的反向偏置。

　　在一些二極管的重要應(yīng)用中，器件常常要在高阻和低阻兩種狀態(tài)之間高速交替變化。在這些應(yīng)用中，電路中的某些電壓波形呈現(xiàn)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，這些高低電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換頻率是很高的，使得二極管在“開”與“關(guān)”兩種狀態(tài)之間高速轉(zhuǎn)換。一個(gè)電阻和一個(gè)硅二極管相連時(shí)，當(dāng)電源電壓從0V和5v交替變化時(shí)，電阻兩端的電流也在交替變化。當(dāng)e （z）=5v時(shí)，二極管處于正向偏置狀態(tài)，處于導(dǎo)通狀態(tài)，釘電流流過電阻，電阻兩端電壓等于5-0.7=4.3v。當(dāng)e（j）=0V時(shí)．二極管處于高阻狀態(tài)，也就是截止?fàn)顟B(tài)；因?yàn)闆]有電流流過電阻，電阻兩端電壓等于零。這種模式非常類似于整流器的作用．這就是數(shù)字電路中的兩種極端狀態(tài)——高電平和低電平。換句話說(shuō)，就是設(shè)想所合電壓值都是這兩種狀態(tài)中的一個(gè)。因?yàn)槎O管在這些電路中的作用就是在不同電壓水平下導(dǎo)通或截止，因而這一應(yīng)用也稱為開關(guān)電路。

　　典型的二極管開關(guān)電路包括兩個(gè)或多個(gè)二極管，每—個(gè)二極管與一個(gè)獨(dú)立的電壓源相連。要正確理解開關(guān)電路的操作過程，就首先要確定每一個(gè)二極管是由哪一個(gè)電壓源決定的，哪個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)，哪個(gè)處于截止?fàn)顟B(tài)。正確辨別處于哪種狀態(tài)的關(guān)鍵是：如果二極管的陽(yáng)極相較于陰極電位是正的，它就處于正向偏置狀態(tài)，也就是說(shuō)當(dāng)二極管的陽(yáng)極電位（相對(duì)于地）比陰極（相對(duì)于地）電位高，它就處于正向偏置狀態(tài)。當(dāng)然，也可以說(shuō)成二極管的陰極電位（相對(duì)于地）比陽(yáng)極（相對(duì)于地）電位低。相反，如果想讓二極管處于反向偏置狀態(tài)，就讓二極管的陽(yáng)極相較于陰極電位是負(fù)的，也相當(dāng)于二極管的陰極相較于陽(yáng)極是正的。

　　原理

　　PN結(jié)反向偏置時(shí)，外加電場(chǎng)與空間電荷區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)方向一致，同樣會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)散與漂移運(yùn)動(dòng)平衡狀態(tài)的破壞。外加電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走，使空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，造成多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難于進(jìn)行，同時(shí)加強(qiáng)了少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成由N區(qū)流向P區(qū)的反向電流。但由于常溫下少數(shù)載流子恒定且數(shù)量不多，故反向電流極小。電流小說(shuō)明PN結(jié)的反向電阻很高，通常可以認(rèn)為反向偏置的PN結(jié)不導(dǎo)電，基本上處于截止?fàn)顟B(tài)，這種情況在電子技術(shù)中稱為PN結(jié)的反向阻斷。當(dāng)外加的反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，反向電流幾乎不隨外加電壓的變化而變化。這是因?yàn)榉聪螂娏魇怯缮僮悠菩纬傻模跓峒ぐl(fā)下，少子數(shù)量增多，PN結(jié)反向電流增大。換句話說(shuō)，只要溫度不發(fā)生變化，少數(shù)載流子的濃度就不變，即使反向電壓在允許的范圍內(nèi)增加再多，也無(wú)法使少子的數(shù)量增加，反向電流趨于恒定，因此反向電流又稱為反向飽和電流。值得注意的是，反向電流是造成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)償問題。

　　二極管的反向性

　　外加反向電壓不超過一定范圍時(shí)，通過二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一般硅管的反向電流比鍺管小得多，小功率硅管的反向飽和電流在nA數(shù)量級(jí)，小功率鍺管在μA數(shù)量級(jí)。溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體受熱激發(fā)，少數(shù)載流子數(shù)目增加，反向飽和電流也隨之增加。

　　二極管的反向特性

　　將二極管的正極接低電位點(diǎn)，負(fù)極接高電位點(diǎn)，這一狀態(tài)叫做給二極管加“反向偏置”，簡(jiǎn)稱二極管“反偏”。這時(shí)二極管表現(xiàn)出的特性就是“反向特性”。現(xiàn)在將一只硅材料二極管，接成如下圖所示的電路，使二極管處于反向偏置，我們?cè)賮?lái)看看它的導(dǎo)電狀態(tài)。

　　當(dāng)外加電壓從0V開始增大至幾伏時(shí)，可以看到電流表有些微偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明有微小電流通過二極管。然后將反向電壓繼續(xù)增大，在一段較大的變化范圍內(nèi)，這一小電流值并沒有變化，我們稱這一電流為二極管的“反向飽和電流”。由于反向電流非常小，大約只有幾微安至幾十微安，所以在分析電路時(shí)通常都將它忽略，認(rèn)為二極管是截止的。這是因?yàn)橥饧臃聪螂妷号cPN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向是一致的，外電場(chǎng)加強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)的影響，使PN結(jié)變得更厚了，多數(shù)載流子更是無(wú)法穿越PN結(jié)，只有極少量的少數(shù)載流子在外電場(chǎng)作用下通過PN結(jié)，形成極小的反向電流。

　　值得注意的是，當(dāng)反向電壓繼續(xù)增大，達(dá)到幾十伏（或更高）時(shí)，電流表指示反向會(huì)電流急劇增大，且越來(lái)越大，以至在很短的時(shí)間里二極管就燒毀了。

　　這種狀態(tài)被稱作二極管“反向擊穿”，我們把開始出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象的電壓值稱為“反向擊穿電壓”。下圖所示的曲線就表達(dá)了二極管的這一反向特性。

　　出現(xiàn)反向擊穿的主要原因是：當(dāng)反向電壓很大時(shí)，在外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)共同作用下，PN結(jié)內(nèi)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)被“摧毀”，使大量原來(lái)被束縛的價(jià)電子在瞬間變成自由電子，載流子數(shù)量驟增，形成很大的電流。

　　所以普通二極管不應(yīng)該工作于擊穿狀態(tài)。

　　不同材料組成的二極管，反向飽和電流大小不同，反向擊穿電壓的大小也不同。一般說(shuō)來(lái)，硅材料二極管的反向飽和電流要比鍺材料二極管小得多，而擊穿電壓則比鍺材料二極管高一些。但同樣材料的二極管由于制作工藝的差別，擊穿電壓值也會(huì)有很大不同，所以二極管的反向擊穿電壓在數(shù)值上是差異是很大的，使用中必須注意查看《手冊(cè)》。

　　二極管在反向偏置時(shí)是什么狀態(tài)

　　在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒有電流流過，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時(shí)，仍然會(huì)有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會(huì)急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦裕@種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。