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技術(shù)專題
電路設(shè)計(jì)正向偏置與反向偏置及其對(duì)二極管功能的影響
在電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域中選擇設(shè)備的過程時(shí)，對(duì)特定功能的需求主要是驅(qū)動(dòng)力。
什么是二極管正向偏置和反向偏置？
在比較兩種類型的偏差之前，首先，我將討論它們的個(gè)性。在電子學(xué)中，我們將正向偏置或反向偏置定義為在電子電路的不同點(diǎn)建立一組電流或電壓的方法，以在電子元件內(nèi)建立適當(dāng)?shù)墓ぷ鳁l件。盡管這是答案的簡(jiǎn)化版本，但從根本上講還是正確的。此外，在偏置的情況下，存在兩種偏置，即正向偏置和反向偏置。
二極管（PN結(jié)）的功能與單向高速公路非常相似，因?yàn)樗闺娏髟谝粋€(gè)方向上比在另一個(gè)方向上更容易流動(dòng)。總之，二極管通常在一個(gè)方向上傳導(dǎo)電流，并且二極管所施加的電壓遵循所述的正向偏置方向。但是，當(dāng)電壓沿相反方向移動(dòng)時(shí)，我們將此方向稱為反向偏置。同樣，當(dāng)處于反向偏置狀態(tài)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的PN結(jié)二極管通常會(huì)抑制或阻止電流的流動(dòng)，幾乎就像單向閥的電子版本一樣。
正向偏差與反向偏差
在標(biāo)準(zhǔn)二極管中，當(dāng)二極管兩端的電壓允許電流自然流過時(shí)會(huì)發(fā)生正向偏置，而反向偏置表示二極管兩端的電壓方向相反。
但是，在反向偏置期間二極管兩端的電壓不會(huì)產(chǎn)生任何明顯的電流。此外，該特定特性有利于將交流電（AC）轉(zhuǎn)換為直流電（DC）。
該特性還有其他多種用途，包括電子信號(hào)控制。
二極管的操作
之前，我提供了標(biāo)準(zhǔn)二極管操作的更簡(jiǎn)化解釋。二極管的詳細(xì)過程可能難以理解，因?yàn)樗婕皩?duì)量子力學(xué)的理解。二極管的工作涉及負(fù)電荷（電子）和正電荷（空穴）的流動(dòng)。從技術(shù)上講，我們將半導(dǎo)體二極管稱為pn結(jié)。Pn結(jié)也是光伏電池操作的重要組成部分。
通常，二極管的正常工作需要另一個(gè)稱為摻雜的基本元素或過程。您可以用一種材料摻雜半導(dǎo)體，以促進(jìn)多余的易移位電子，我們將其稱為n型或負(fù)區(qū)。此外，也可以摻雜半導(dǎo)體以促進(jìn)過多的空穴，從而也容易吸收那些電子，我們將其稱為p型或正區(qū)。此外，二極管的正負(fù)區(qū)域也稱為其陽極（P）和陰極（N）。
總體而言，正是這兩種材料之間的差異以及它們?cè)跇O短距離（<毫米）上的后續(xù)協(xié)同作用才有助于二極管工作。但是，當(dāng)然，只有當(dāng)我們合并兩種類型（P，N）的材料時(shí)，二極管功能才可能實(shí)現(xiàn)。同樣，這兩類材料的結(jié)合形成了我們稱為pn結(jié)的結(jié)構(gòu)。此外，兩個(gè)元素之間存在的區(qū)域稱為耗盡區(qū)。
注意：請(qǐng)記住，為了實(shí)現(xiàn)正常功能，二極管需要最小閾值電壓才能超過耗盡區(qū)。此外，在大多數(shù)情況下，二極管的最小閾值電壓約為0.7伏。同樣，反向偏置電壓將產(chǎn)生少量流過二極管的電流，這被稱為泄漏電流，但通?？梢院雎圆挥?jì)。最后，如果施加很大的反向電壓，將導(dǎo)致二極管全面電子擊穿，從而使電流沿相反方向流過二極管。
二極管功能和操作續(xù)
通常，當(dāng)擴(kuò)散促進(jìn)電子從n型區(qū)域的后續(xù)移動(dòng)時(shí)，它們開始填充p型區(qū)域內(nèi)的空穴。該作用的結(jié)果在p型區(qū)域內(nèi)形成負(fù)離子，從而在n型區(qū)域內(nèi)留下正離子?？傮w而言，該動(dòng)作的控制控制位于電場(chǎng)方向上。您可能會(huì)想到，這將導(dǎo)致有益的電氣行為，這當(dāng)然取決于您施加電壓的方式（即偏置）。
此外，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的pn結(jié)二極管，存在三個(gè)偏置條件和兩個(gè)工作區(qū)域。偏置條件的三種可能類型如下：
正向偏置：該偏置條件包括在二極管上將正電勢(shì)連接到P型材料，將負(fù)電勢(shì)連接到N型材料，從而減小了二極管的寬度。
反向偏置：相反，這種偏置條件包括在二極管上將負(fù)電勢(shì)連接到P型材料，將正電勢(shì)連接到N型材料，從而增加了二極管的寬度。
零偏置：這是一種偏置條件，其中沒有外部電壓施加到二極管。
正向偏差與反向偏差及其方差
反向偏置會(huì)增強(qiáng)勢(shì)壘并阻礙電荷載流子的流動(dòng)。相反，正向偏置會(huì)削弱勢(shì)壘，從而使電流更容易流過結(jié)。
在正向偏置中，我們將電源的正極連接到陽極，負(fù)極連接到陰極。相反，在反向偏置時(shí)，我們將電源的正極連接到陰極，負(fù)極連接到陽極。
正向偏置會(huì)降低跨電勢(shì)的電場(chǎng)勢(shì)壘的強(qiáng)度，而反向偏置會(huì)增強(qiáng)勢(shì)壘。
正向偏置的陽極電壓大于陰極電壓。相反，反向偏置的陰極電壓大于陽極電壓。
正向偏置具有很大的正向電流，而反向偏置則具有最小的正向電流。
二極管的耗盡層在正向偏壓時(shí)實(shí)質(zhì)上較薄，而在反向偏壓時(shí)則較厚。
正向偏置會(huì)降低二極管的電阻，反向偏置會(huì)增加二極管的電阻。
電流在正向偏置時(shí)毫不費(fèi)力地流動(dòng)，但是反向偏置不允許電流流過二極管。
電流水平取決于正向偏置時(shí)的正向電壓，但是，反向偏置時(shí)的電流量很小或可以忽略不計(jì)。
在正向偏置中，如果在反向偏置中，則設(shè)備將充當(dāng)導(dǎo)體和絕緣體。
二極管具有充當(dāng)兩個(gè)獨(dú)立但等效的器件的功能，使其成為真正的自適應(yīng)組件。偏置對(duì)二極管功能的影響提供了對(duì)二極管將在電路設(shè)計(jì)中發(fā)揮什么功能的很好控制。正向和反向偏置的使用為電路設(shè)計(jì)人員提供了對(duì)二極管功能的很好控制。