二极管的反向偏置接法解析

　　什么是反向偏置

　　与正向偏置相比，交换电源的正、负极位置，即P区接电源负极，N区接电源正极，就构成了PN结的反向偏置。

　　在一些二极管的重要应用中，器件常常要在高阻和低阻两种状态之间高速交替变化。在这些应用中，电路中的某些电压波形呈现脉冲形式，即在高电平（通常为5v）和低电平（通常为0V）之间变化的方波，这些高低电压信号的转换频率是很高的，使得二极管在“开”与“关”两种状态之间高速转换。一个电阻和一个硅二极管相连时，当电源电压从0V和5v交替变化时，电阻两端的电流也在交替变化。当e （z）=5v时，二极管处于正向偏置状态，处于导通状态，钉电流流过电阻，电阻两端电压等于5-0.7=4.3v。当e（j）=0V时．二极管处于高阻状态，也就是截止状态；因为没有电流流过电阻，电阻两端电压等于零。这种模式非常类似于整流器的作用．这就是数字电路中的两种极端状态——高电平和低电平。换句话说，就是设想所合电压值都是这两种状态中的一个。因为二极管在这些电路中的作用就是在不同电压水平下导通或截止，因而这一应用也称为开关电路。

　　典型的二极管开关电路包括两个或多个二极管，每—个二极管与一个独立的电压源相连。要正确理解开关电路的操作过程，就首先要确定每一个二极管是由哪一个电压源决定的，哪个处于导通状态，哪个处于截止状态。正确辨别处于哪种状态的关键是：如果二极管的阳极相较于阴极电位是正的，它就处于正向偏置状态，也就是说当二极管的阳极电位（相对于地）比阴极（相对于地）电位高，它就处于正向偏置状态。当然，也可以说成二极管的阴极电位（相对于地）比阳极（相对于地）电位低。相反，如果想让二极管处于反向偏置状态，就让二极管的阳极相较于阴极电位是负的，也相当于二极管的阴极相较于阳极是正的。

　　原理

　　PN结反向偏置时，外加电场与空间电荷区的内电场方向一致，同样会导致扩散与漂移运动平衡状态的破坏。外加电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走，使空间电荷区变宽，内电场增强，造成多数载流子扩散运动难于进行，同时加强了少数载流子的漂移运动，形成由N区流向P区的反向电流。但由于常温下少数载流子恒定且数量不多，故反向电流极小。电流小说明PN结的反向电阻很高，通常可以认为反向偏置的PN结不导电，基本上处于截止状态，这种情况在电子技术中称为PN结的反向阻断。当外加的反向电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不随外加电压的变化而变化。这是因为反向电流是由少子漂移形成的，在热激发下，少子数量增多，PN结反向电流增大。换句话说，只要温度不发生变化，少数载流子的浓度就不变，即使反向电压在允许的范围内增加再多，也无法使少子的数量增加，反向电流趋于恒定，因此反向电流又称为反向饱和电流。值得注意的是，反向电流是造成电路噪声的主要原因之一，因此，在设计电路时，必须考虑温度补偿问题。

　　二极管的反向性

　　外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小，二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。一般硅管的反向电流比锗管小得多，小功率硅管的反向饱和电流在nA数量级，小功率锗管在μA数量级。温度升高时，半导体受热激发，少数载流子数目增加，反向饱和电流也随之增加。

　　二极管的反向特性

　　将二极管的正极接低电位点，负极接高电位点，这一状态叫做给二极管加“反向偏置”，简称二极管“反偏”。这时二极管表现出的特性就是“反向特性”。现在将一只硅材料二极管，接成如下图所示的电路，使二极管处于反向偏置，我们再来看看它的导电状态。

　　

　　当外加电压从0V开始增大至几伏时，可以看到电流表有些微偏转，说明有微小电流通过二极管。然后将反向电压继续增大，在一段较大的变化范围内，这一小电流值并没有变化，我们称这一电流为二极管的“反向饱和电流”。由于反向电流非常小，大约只有几微安至几十微安，所以在分析电路时通常都将它忽略，认为二极管是截止的。这是因为外加反向电压与PN结内电场方向是一致的，外电场加强了内电场的影响，使PN结变得更厚了，多数载流子更是无法穿越PN结，只有极少量的少数载流子在外电场作用下通过PN结，形成极小的反向电流。

　　值得注意的是，当反向电压继续增大，达到几十伏（或更高）时，电流表指示反向会电流急剧增大，且越来越大，以至在很短的时间里二极管就烧毁了。

　　这种状态被称作二极管“反向击穿”，我们把开始出现击穿现象的电压值称为“反向击穿电压”。下图所示的曲线就表达了二极管的这一反向特性。

　　出现反向击穿的主要原因是：当反向电压很大时，在外电场和内电场共同作用下，PN结内共价键结构被“摧毁”，使大量原来被束缚的价电子在瞬间变成自由电子，载流子数量骤增，形成很大的电流。

　　所以普通二极管不应该工作于击穿状态。

　　不同材料组成的二极管，反向饱和电流大小不同，反向击穿电压的大小也不同。一般说来，硅材料二极管的反向饱和电流要比锗材料二极管小得多，而击穿电压则比锗材料二极管高一些。但同样材料的二极管由于制作工艺的差别，击穿电压值也会有很大不同，所以二极管的反向击穿电压在数值上是差异是很大的，使用中必须注意查看《手册》。

　　二极管在反向偏置时是什么状态

　　在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。