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正向偏置

当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。 在电子电路中,将二极管的正极接在高电位端,负极接在低电位端,二极管就会导通,这种连接方式,称为正向偏置 。

半导体器件特性之一,把电源的电压的正极与P区引出端相连,负极与N极引出端相连时,称PN结正向偏置,简称PN结正偏。

PN结正偏时,外部电场的方向是从P区指向N区,显然与内电场的方向相反,这时外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷,同时N区的自由电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷,结果使空间电荷区变窄,内电场被削弱。内电场的削弱使多数载流子的扩散运动得以增强,形成较大的扩散电流(扩散电流由多子的定向移动形成,通常简称为电流)。在一定范围内,外电场愈强,正向电流愈大,PN结对正向电流呈低电阻状态,这种情况在电子技术中称为PN结的正向导通。半导体在无外加电压的情况下,扩散运动和漂移运动处于动态平衡,动态平衡状态下通过PN结的电流为零。这时,如果在PN结两端加上电压,扩散与漂移运动的平衡就会被破坏,PN结将显示出其单向导电的性能。

PN结的正向导电性,是构成半导体器件的主要工作机理。

常用小型发光二极管的主要特性:

①发光二极管是一个单向导电器件。只允许电流从正极流向负极.只有正向接入时才导通并发光.反向接入则截止不通.当然也不发光。这一点与普通二极管相似。但发光二极管的管压降比普通二极管大,约为2V左右,电源电压必须大于管压降,发光二极管才能工作 。

②发光二极管的亮度与其工作电流If有关,一般当If=1mA时起辉.随着lf的增加亮度不断增大.但当lf≥5mA后.亮度增加不显著。另外,发光二极管的最大工作电流一般为20~30mA,超过此值将损坏发光二极管。因此,工作电流lF应在5~20mA范围内选择,为节省电能,一般选择lf=5mA 。

③发光二极管的反向击穿电压一般在5V左右.使用中不应使发光二极管承受超过5V的反向电压中,相对发光二极管VD而言.电源GB就是一个反向电压).否则发光二极管将被击穿损坏 。

发光二极管正、负极判断与检测:

①肉眼观察法。发光二极管是一个有正、负极之分的器件,使用前应先分清它的正、负极。由于发光二极管的管体一般都是用透明塑料制成,可以用肉眼观察来识别它的正、负极:将发光二极管拿起在明亮处,从侧面观察两条引出线在管体内的形状.较小的是正极,较大的是负极。也可以用万用表或简易电路在检测发光二极管好坏的同时,判断出它的正、负极 。

②万用表检测法。用万用表检测发光二极管时,必须使用“R×l0k”档。困为前面我们已经讲过。发光二极管的管压降为2V.而万用表处于“R×lk”及其以下各电阻挡时.表内电池仅为1.5V。低于管压降.无论正、反向接入,发光二极管都不可能导通,也就无法检测。R×1k”档时表内接有9V(或15V)高压电池,高于管压降,所以可以用来检测发光二极管。检测时.将两表笔分别与发光二极管的两条引线相接,如表针偏转过半,同时发光二极管中有一发亮光点,表示发光二极管是正向接入,这时与黑表笔(与表内电池正极相连)相接的是正极;与红表笔(与表内电池负极相连)相接的是负极。再将两表笔对调后与发光二极管相接,这时为反向接入,表针应不动。如果不论正向接入还是反向接入,表针都偏转到头或都不动,则该发光二极管已损坏 。

③简易检测电路。可以用两节电池和一个200Ω左右的限流电阻串联组成简易检测电路,当发光二极管亮时,通过电阻R与电池正极相连的引线是正极;与电池负极相连的引线是负极。反向接入时发光二极管不亮。如果不论怎样接发光二极管都不亮,说明该管以损坏 。

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oV)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交营变化时,电阻两端的电休也在交替变化。当 (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.二极管处于高阻状恋,也就是截止状态;阅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。因为二权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,放这一应用也称为开关电路 。

典型的二极管开关电路僵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。正确辨别别成是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c在这里关键词“相较于,’经常给读者带来困惑。换种表达方式: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量状态,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c下面的例子有助于阐明这些概念 。


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