二極體偏壓是指電壓使二極體要麼承載電流，要麼阻擋電流的方式。透過改變電壓大小與方向，二極體可以進行正向導通、反向阻斷或擊穿。本文說明耗盡區、正向膝位與指數電流、反向漏與擊穿，並提供這些電路應用資訊。
二極體偏壓概述
二極體偏壓描述了電壓源如何施加於二極體以設定其工作狀態。在單一極性時，二極體導電（正向偏壓）。當極性相反時，二極體會阻斷電流（反向偏壓），只剩下少量漏電流。偏壓定義了二極體的行為是像電流的閉路還是像開路。
耗盡區與偏壓效應
二極體是透過結合P型與N型半導體區域而形成。在PN接面，電子與電穴在邊界附近重新結合，留下極少的移動載子區域。這個區域是耗盡區，會形成阻擋電流流動的屏障。主要重點：
• 耗盡區幾乎沒有自由電荷載子
• 耗盡區的障壁控制電流流動方式
• 耗盡區的寬度會隨正向或反向偏壓改變
二極體偏壓與電流流動中的正向偏壓
在正向偏壓下，二極體連接時 P 側電壓高於 N 側。這會使電荷載流子朝向PN接面，使耗盡區域變薄。當障礙變小到足夠小時，電流就能輕鬆通過二極體。在此狀態下，二極體是導通的。
| 狀況 | 說明 |
|---|---|
| 外部電壓 | P 側連接正極，N 側連接負極 |
| 耗盡區域 | 寬度減少 |
| 現況 | 流量順暢且相對較高 |
| 二極體行為 | 導電態（電流通過） |
二極體偏壓中的正向電壓閾值
正向偏壓二極體在施加電壓達到轉折點（通常稱為正向電壓或膝電壓）前，導電極少。在這個範圍以下，洋流仍然很小。超過它後，電流會隨著微小的電壓變化迅速增加。
常見的正向電壓值：
• 矽二極體：約0.7 V
• 鍺二極體：約0.3 V
• LED電壓：約1.8–3.3伏特
前偏二極體：指數電流區域
當二極體越過膝地區域時，電流會呈指數增長。正向電壓的一點點增加，可能會產生更大的正向電流增加。在許多電路中，二極體的正向電壓保持在狹窄範圍內，而電流變化很大。
| 參數 | 意義 |
|---|---|
| *VF* | 正向電壓以正向偏壓 |
| *如果* | 流經二極體的正向電流 |
| 指數區域 | I–V 曲線中（閾值之後）電流隨電壓急劇上升的部分 |
反向偏壓：阻斷狀態與漏電流
在反向偏壓下，二極體的連接方向與導通方向相反。耗盡區變寬，接面障礙上升，因此二極體阻擋正常電流流動。由於二極體內部存在少數載流子，仍存在微小的反向電流。這種電流稱為漏電流或反向飽和電流。
反向偏壓特性
• 耗盡區擴大並阻擋載子穿過
• 反向電流保持非常小（依裝置而定）
• 隨著接合溫度升高，洩漏量增加
反向分解：齊納模式與雪崩模式
在反向偏壓下，二極體通常會阻斷電流。如果反向電壓過大，二極體就會達到擊穿電壓。此時二極體突然開始導通大電流，儘管仍處於反向偏壓狀態。這種狀態稱為擊穿，是理解高反向電壓下二極體偏壓的基本部分。
故障類型
• 齊納擊穿（低壓）– 發生在較低的反向電壓下，常見於特製齊納二極體。
• 雪崩擊穿（較高電壓）— 當電荷載子獲得足夠能量將其他載子擊落時，發生在較高的反向電壓下。
整流電路（交流轉直流）
在整流器電路中，二極體在半週期導通時正向偏壓;在相反半週期阻斷反向偏壓時阻斷。此動作產生單向輸出。加裝濾波電容可透過降低漣波來平滑輸出電壓。它出現的地方
• 電源適配器與基本直流電源
• 市電設備中的橋式整流器
• 低壓系統中的極性保護路徑
LED操作（前向偏置光發射）
當 LED 呈正向偏壓且電流流經其接點時，會發光。正向電壓取決於LED材質和顏色。LED 由電流限制元件驅動，如電阻或恆流驅動器，以防止過大電流。建議您檢查以下事項：
• 較高的LED電流可提升亮度，達到裝置限制
• 串聯電阻在簡單電路中設定電流
• 驅動器能更嚴格控制照明系統中的電流
訊號偵測與解調
二極體可以用來通過訊號波形的一部分。在AM包絡偵測中，正向偏壓導通路徑在訊號峰值為電容充電，電容透過負載電阻在峰間放電，恢復低頻訊息內容。相關巡迴職務：
• 峰值偵測與夾持
• 半波形訊號整形
• 簡單的射頻偵測階段
反向偏壓應用
光電二極體中的反向偏壓
光電二極體保持反向偏壓，使耗盡區域寬廣且能對光做出反應。這使得它對光線的細微變化更為敏感。
齊納二極體中的反向偏壓
齊納二極體則在接近擊穿電壓時以反向偏壓方式使用。在這種狀態下，它能保持電壓幾乎穩定，並協助調節電源。
TVS 保護二極體中的反向偏壓
TVS（暫態電壓抑制）二極體在正常運作時保持反向偏壓。當突然出現電壓尖峰時，它們會反向導通，幫助限制電壓。
反向偏壓隔離
反向偏壓二極體會阻擋正常電流流。這有助於隔離電路的部分，並阻止不必要的電流路徑。
結論
二極體偏壓將PN接面與實際電路行為連結起來。在正向偏壓下，耗盡區域變薄，膝電壓達到，電流迅速上升，供應整流器、LED及訊號或邏輯級。在反向偏壓下，區域擴大，電流保持小直到擊穿，從而實現光電二極體、齊納控制、TVS保護與隔離。
常見問題 [常見問題]
溫度如何影響二極體偏壓？
較高溫度會降低正向壓降，並增加反向漏電流。
二極體的反向恢復時間是多少？
反向恢復時間是指從正向偏壓切換到反向偏壓後，二極體因儲存電荷而仍在導通的延遲。
二極體等級如何影響偏壓條件？
偏壓電壓和電流必須低於二極體的最大正向電流和最大反向電壓，以避免損壞。
什麼是正向偏壓二極體中的動態電阻？
動態電阻是指在特定操作點，正向電壓微小變化與正向電流微小變化的比值。
如果二極體在偏壓下承受過重會發生什麼事？
過多的正向電流或反向電壓會使接面過熱，增加漏油，並可能導致永久性故障。
