三极管偏压

三极管偏压

电子管某一电极与阴极之间的固定电位差成分。

偏: 偏piān 歪，不在中间：偏斜。偏离。

压: 压（壓）yā从上面加力

整体回路中的某个点，测量它相对某个基准点的电压（是整体回路电压的1/n）就称之为该点的偏压，各段电路的偏压之和就是整体回路电压，相应位置的电流就是偏压电流。

三极管的偏压是什么意思?

你指的是不是基极偏置电压。基极偏置电压是控制三极管基极电流的重要保证。因为三极管在制造中它的基极电流不可能做成完全一样，只能通过调整偏置电压来实现。基极电流是保证三极管放大特性的重要参数，要使三极管就够在工作特性三角区内只有调整偏置电压来实现。

那为什么不说偏置电流呢？因为用电压不表示的幅度大，电流的幅度大小了。所以用电压来表示。

偏压∶整体回路中的某个点，测量它相对某个基准点的电压（是整体回

路电压的1/n）就称之为该点的偏压，各段电路的偏压之和就是整体回路

电压，相应位置的电流就是偏压电流。

正向偏压∶NPN型三极管的电流方向为由B、C极流向E极。当需要管子工作时，需给B极加上一个可以使电流正向流动的电压。这个电压就

是正向偏压，电压值的大小需计算确定。当需要管子完全截止无电流时，为可靠截止，就需要加上一个负的电压。这个负的电压，就是反向偏压。

当n区相对P区有负电压，且当负电压低于-0.6V(即绝对值大于0.6V)时，就会产生一个P区到N区的大电流；当有正电压时，在小于击穿电压之前

电流可以忽略不计。二极管的基本性质可以通过考虑耗尽层的电压和电场

来理解。

正向偏压即在N区加一个相对P区的负电压。这样会导致PN结内建电势的减小，其变化趋势如图3e所示。PN结内建电势的减小会导致电场以

及耗尽区宽度的减小，如图d、c和b所示。二极管内部电压的减小和耗

尽区宽度的减小开始允许电流导通二极管。

在反偏压下n区相对p区的电压是个正电压。这会使得PN结内部的电势变大超过开始的内建电势，如图5e所示；当然也会增强PN

结的电场强度，如图5d所示。最终的结果是PN结耗尽区的宽度增加，内

部电势和电场会使得PN结平衡电流(扩散电流和漂移电流)比没有外部偏

压时要大。这说明如果通过二极管的电流很小时，那么它的导通电压的范

围会比较大。

二极管的偏压

目前你已经知道，在平衡状态时，没有电子能够越过PN结。一般来说，偏压这个名词指的就是利用直流电压建立电子元件工作所需的某些条件。与二极管有关的两种偏压就是：正向偏压和反向偏压。任何一种偏压，都必须在PN结的两边接上足够的直流电压和适当的极性。

在学习完本节的内容后，你应该能够：参与讨论二极管的偏压特性；定义正向偏压并且说明所需条件；定义反向偏压并且说明所需条件；参与讨论门槛电压对正向偏压的影响；解释在正向偏压时，电流如何产生；解释什么是反向电流；说明二极管反向击穿的原因；以能阶图解释正向偏压和反向偏压。

1.正向偏压

要对二极管施以偏压，你必须在它的两端加上直流电压。正向偏压(forward bias)就是指施加的偏压能够让电流顺利通过PN结。如图1.20所示，一个直流电压源通过导电材料（接点和导线）在二极管的

两端施加正向偏压。此外施加偏压的电压值以V BIAS表示。图中的电阻R可以限制电流的大小，使其不会损坏二极管。

请注意，偏压V BIAS的负极端要接到二极管的N型区，而正极端则要接到P型区。这是正向偏压的第一个条件。第二个条件兢是偏压的电压值V BIAS，必须大于门槛电压。

图1.21示出，当二极管处于正向偏压的情况。就像同性电荷会彼此排斥，偏压源的负端会排斥自由电子(N型区的主要载流子)，使其流向PN结。这种自由电子的流动，称为电子流。偏压源的负极端也会提供连续的电子流，经过外部的导线流入N型区。

偏压源提供给自由电子充足的能量，以便克服耗尽的门槛电压，

然后流入P型区。一旦进入P型区，这些传导电子就失去能量，而立刻与价带的空穴结合。现在，电子只能位于P型区的价带中，因为它们为了克服门槛电压，而失去太多的能量，无法继续留在导带内。既然异性电荷相吸，偏压源的正极会吸引并使价电子流向P型区的左方。于是P型区中的空穴就充当中介作用或路径，让价电子能够借道穿过P型区。电子从一个空穴流向下一个空穴，一路朝左方流去。而空穴（P型区的主要载流子）等于是（并非实际上）朝右方流向PN 结，从图1. 21可以看出。这个空穴的等效流动，称为空穴流。你可以将空穴流视为价电子流过P型区，而空穴则提供电子流动的唯一途径。

当电子流出P型区，经过钋部导线流到偏压源的正极，它们会在P 型区留下空穴；同时，这些电子成为金属导体中的传导电子。回想一下，导体的导带与价带有部分重叠在一起，因此导体的电子比半导体的电子需要更少的能量就能成为自由电子。所以，就像有源源不断的空穴流向PN结，与持续穿过结面进入P型区的电子结合。

(1)正向偏压对耗尽区的作用

当更多电子流入耗尽区时，正离子的数目就会减少。当PN结的另一边有更多的空穴流入耗尽区，负离子的数目也会减少。因为正向偏压造成正、负离子的减少，会造成耗尽区变窄，如图1.22所示。

(2)正向偏压对门槛电压作用

回想一下，在耗尽区PN结两端的正、负离子之间的电场，形成所谓的能量丘，在平衡状态时会阻止自由电子扩散通过结面(参见图1. 19(b))。这就形成所谓的门槛电压。

当施加正向偏压下，自由电子可以从偏压源取得足够的能量，就能克服门槛电压就像爬过能量丘，通过耗尽区。电子要通过耗尽所需的能量等于门槛电压。换句话说，当电子通过耗尽区时，它会损失等于门槛电压的能量。这项能量的损失，会在PN结处产生等于门槛电压(0.7V)的电压降，如图1.22(b)所示。另外在通过P型区和N型区时，也会产生额外的较小电压降，这是由于材料的内部电阻所造成。对于掺杂的半导体材料，这个阻抗称为动态阻抗(dynamic resistance)．因为很小，通常都会忽略掉。

2.反向偏压

反向偏压( reverse bias)基本上能防止电流通过二极管。图1.23显示一个直流电压源对二极管两端施加反向偏压的情形。这项外加的偏压与正向偏压同样是以V BIAS表示。需要注意，此项偏压的正极是