定義
半導體器件特性之一,把電源的電壓的正極與P區引出端相連,負極與N極引出端相連時,稱PN結正向偏置,簡稱PN結正偏。
原理
PN結正偏時,外部電場的方向是從P區指向N區,顯然與內電場的方向相反,這時外電場驅使P區的空穴進入空間電荷區抵消一部分負空間電荷,同時N區的自由電子進入空間電荷區抵消一部分正空間電荷,結果使空間電荷區變窄,內電場被削弱。內電場的削弱使多數載流子的擴散運動得以增強,形成較大的擴散電流(擴散電流由多子的定向移動形成,通常簡稱為電流)。在一定範圍內,外電場愈強,正向電流愈大,PN結對正向電流呈低電阻狀態,這種情況在電子技術中稱為PN結的正嚮導通。半導體在無外加電壓的情況下,擴散運動和漂移運動處於動態平衡,動態平衡狀態下通過PN結的電流為零。這時,如果在PN結兩端加上電壓,擴散與漂移運動的平衡就會被破壞,PN結將顯示出其單嚮導電的性能。
作用
PN結的正嚮導電性,是構成半導體器件的主要工作機理。
發光二極體
常用小型發光二極體的主要特性:
①發光二極體是一個單嚮導電器件。只允許電流從正極流向負極.只有正向接入時才導通並發光.反向接入則截止不通.當然也不發光。這一點與普通二極體相似。但發光二極體的管壓降比普通二極體大,約為2V左右,電源電壓必須大於管壓降,發光二極體才能工作 。
②發光二極體的亮度與其工作電流If有關,一般當If=1mA時起輝.隨著lf的增加亮度不斷增大.但當lf≥5mA後.亮度增加不顯著。另外,發光二極體的最大工作電流一般為20~30mA,超過此值將損壞發光二極體。因此,工作電流lF應在5~20mA範圍內選擇,為節省電能,一般選擇lf=5mA 。
③發光二極體的反向擊穿電壓一般在5V左右.使用中不應使發光二極體承受超過5V的反向電壓中,相對發光二極體VD而言.電源GB就是一個反向電壓).否則發光二極體將被擊穿損壞 。
發光二極體正、負極判斷與檢測:
①肉眼觀察法。發光二極體是一個有正、負極之分的器件,使用前應先分清它的正、負極。由於發光二極體的管體一般都是用透明塑膠製成,可以用肉眼觀察來識別它的正、負極:將發光二極體拿起在明亮處,從側面觀察兩條引出線在管體內的形狀.較小的是正極,較大的是負極。也可以用萬用表或簡易電路在檢測發光二極體好壞的同時,判斷出它的正、負極 。
②萬用表檢測法。用萬用表檢測發光二極體時,必須使用“R×l0k”檔。困為前面我們已經講過。發光二極體的管壓降為2V.而萬用表處於“R×lk”及其以下各電阻擋時.表內電池僅為1.5V。低於管壓降.無論正、反向接入,發光二極體都不可能導通,也就無法檢測。R×1k”檔時表內接有9V(或15V)高壓電池,高於管壓降,所以可以用來檢測發光二極體。檢測時.將兩表筆分別與發光二極體的兩條引線相接,如錶針偏轉過半,同時發光二極體中有一發亮光點,表示發光二極體是正向接入,這時與黑表筆(與表內電池正極相連)相接的是正極;與紅表筆(與表內電池負極相連)相接的是負極。再將兩表筆對調後與發光二極體相接,這時為反向接入,錶針應不動。如果不論正向接入還是反向接入,錶針都偏轉到頭或都不動,則該發光二極體已損壞 。
③簡易檢測電路。可以用兩節電池和一個200Ω左右的限流電阻串聯組成簡易檢測電路,當發光二極體亮時,通過電阻R與電池正極相連的引線是正極;與電池負極相連的引線是負極。反向接入時發光二極體不亮。如果不論怎樣接發光二極體都不亮,說明該管以損壞 。
正向與反向偏置的辨別
在一些二極體的重要套用中,器件常常要在高阻和低阻兩種狀態之間高速交替變化。在這些套用中,電路中的某些電壓波形呈現脈衝形式,即在高電平(通常為?5v)和低電平(通常為oV)之間變化的方波,這些高低電壓信號的轉換頻率是很高的,使得二極體在“開”與“關”兩種狀態之間高速轉換。一個電阻和一個矽二極體相連時,當電源電壓從0V和5v交營變化時,電阻兩端的電休也在交替變化。當 (z)=5v時,二極體處於正向偏置狀態,處於導通狀態,釘電流流過電阻,電阻兩端電壓等於5-0.7=4.3v。當e(j)=0V時.二極體處於高阻狀戀,也就是截止狀態;閱為沒有電流流過電阻,電阻兩端電壓等於零。這種模式非常類似於整流器的作用.這就是數字電路中的兩種極端狀態——高電平和低電平。換句話說,就是構想所合電壓值都是這兩種狀態中的一個。因為二權管在這些電路中的作用就是在不同電壓水平下導通或截止,放這一套用也稱為開關電路 。
典型的二極體開關電路僵括兩個或多個二極體,每—個二極體與一個獨立的電壓源相連。要正確理解開關電路的操作過程,就首先要確定每一個二極體是由哪一個電壓源決定的,哪個處於導通狀態,哪個處於截止狀態。正確辨別別成是處於哪種狀態的關鍵是:如果二極體的陽極相較於陰極電位是正的,它就處於正向偏置狀態c在這裡關鍵字“相較於,’經常給讀者帶來困惑。換種表達方式:也就是說當二極體的陽極電位(相對於地)比陰極(相對於地)電位高,它就處於正向偏置狀態。當然,也可以說成二極體的陰極電位(相對於地)比陽極(相對於地)電位低。相反,如果想讓二極體處於反向偏量狀態,就讓二極體的陽極相較於陰極電位是負的,也相當於二極體的陰極相較於陽極是正的c下面的例子有助於闡明這些概念 。