偏置一般包括电压电流正向的和反向(负向)例如晶体管构成的放大器要做到不失真地将信号电压放大,就必须保证晶体管的发射结正偏、集电结反偏。即应该设置它的工作点。所谓工作点就是通过外部电路的设置使晶体管的基极、发射极和集电极处于所要求的电位(可根据计算获得)。这些外部电路就称为偏置电路(可理解为,设置PN 结正、反偏的电路),偏置电路向晶体管提供的电流就称为偏置电流。
正向偏置
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通常形成较大的扩散电流(扩散电流由多子的定向移动形成,得以增强,PN 结对正向简称为电流)。在一定范围内,外电场愈强,正向电流愈大, 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。
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。
PN结的正向导电性,是构成半导体器件的主要工作机理。
反向偏置
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。