二極管的反向恢復(fù)時(shí)間
發(fā)布時(shí)間:2021-03-23 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】在正偏狀態(tài),即開(kāi)態(tài),很小的外加電壓就能產(chǎn)生較大的電流;在反偏狀態(tài),即關(guān)態(tài),只有很小的電流存在于PN結(jié)內(nèi)。
PN結(jié)二極管經(jīng)常用來(lái)制作電開(kāi)關(guān)。
在正偏狀態(tài),即開(kāi)態(tài),很小的外加電壓就能產(chǎn)生較大的電流;在反偏狀態(tài),即關(guān)態(tài),只有很小的電流存在于PN結(jié)內(nèi)。
我們最感興趣的開(kāi)關(guān)電路參數(shù)就是電路的開(kāi)關(guān)速度。下面的內(nèi)容會(huì)定性地討論二極管的開(kāi)關(guān)瞬態(tài)以及電荷的存儲(chǔ)效應(yīng)。在不經(jīng)任何數(shù)學(xué)推導(dǎo)的情況下,簡(jiǎn)單給出描述開(kāi)關(guān)時(shí)間的表達(dá)式。
二極管的作用:
利用二極管正、反向電流相差懸殊這一特性,可以把二極管作開(kāi)關(guān)使用。
當(dāng)開(kāi)關(guān)K打向A時(shí),二極管處于正向,電流很大,相當(dāng)于接有負(fù)載的外回路與電源相連的開(kāi)關(guān)閉合,回路處于接通狀態(tài)(開(kāi)態(tài));
當(dāng)開(kāi)關(guān)K打向B時(shí),二極管處于反向,反向電流很小,相當(dāng)于外回路的開(kāi)關(guān)斷開(kāi),回路處于斷開(kāi)狀態(tài)(關(guān)態(tài))。
V1為外加電源電壓,VJ為二極管的正向壓降,對(duì)硅管VJ約為0.7V,鍺管VJ約為0.25V,RL為負(fù)載電阻。
在開(kāi)態(tài)時(shí),流過(guò)負(fù)載的穩(wěn)態(tài)電流為I1:
通常VJ遠(yuǎn)小于V1,所以上式可近似寫(xiě)為:
在關(guān)態(tài)時(shí),流過(guò)負(fù)載的電流就是二極管的反向電流IR。
假設(shè)外加脈沖的波形如圖(a)所示,則流過(guò)二極管的電流就如圖(b)所示。
通過(guò)程中,二極管P區(qū)向N區(qū)輸運(yùn)大量空穴,N區(qū)向P區(qū)輸運(yùn)大量電子。隨著時(shí)間的延長(zhǎng),N區(qū)內(nèi)空穴和P區(qū)內(nèi)電子不斷增加,直到穩(wěn)態(tài)時(shí)停止。在穩(wěn)態(tài)時(shí),流入N區(qū)的空穴正好與N區(qū)內(nèi)復(fù)合掉的空穴數(shù)目相等,流入P區(qū)的電子也正好與P區(qū)內(nèi)復(fù)合掉的電子數(shù)目相等,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,流過(guò)P-N結(jié)的電流為一常數(shù)I1。
隨著勢(shì)壘區(qū)邊界上的空穴和電子密度的增加,P-N結(jié)上的電壓逐步上升,在穩(wěn)態(tài)即為VJ。此時(shí),二極管就工作在導(dǎo)通狀態(tài)。
當(dāng)某一時(shí)刻在外電路上加的正脈沖跳變?yōu)樨?fù)脈沖時(shí):
正向時(shí)積累在各區(qū)的大量少子要被反向偏置電壓拉回到原來(lái)的區(qū)域,開(kāi)始時(shí)的瞬間,流過(guò)P-N結(jié)的反向電流很大,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,原本積累的載流子一部分通過(guò)復(fù)合,一部分被拉回原來(lái)的區(qū)域,反向電流才恢復(fù)到正常情況下的反向漏電流值IR。
正向?qū)〞r(shí)少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象稱(chēng)為電荷儲(chǔ)存效應(yīng)。二極管的反向恢復(fù)過(guò)程就是由于電荷儲(chǔ)存所引起的。反向電流保持不變的這段時(shí)間就稱(chēng)為儲(chǔ)存時(shí)間ts。在ts之后,P-N結(jié)上的電流到達(dá)反向飽和電流IR,P-N結(jié)達(dá)到平衡。定義流過(guò)P-N結(jié)的反向電流由I2下降到0.1 I2時(shí)所需的時(shí)間為下降時(shí)間tf。儲(chǔ)存時(shí)間和下降時(shí)間之和為(ts+tf)稱(chēng)為P-N結(jié)的關(guān)斷時(shí)間(即為反向恢復(fù)時(shí)間)。
反向恢復(fù)時(shí)間限制了二極管的開(kāi)關(guān)速度。
(1)如果脈沖持續(xù)時(shí)間比二極管反向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)得多,這時(shí)負(fù)脈沖能使二極管徹底關(guān)斷,起到良好的開(kāi)關(guān)作用;
(2) 如果脈沖持續(xù)時(shí)間和二極管的反向恢復(fù)時(shí)間差不多甚至更短的話,這時(shí)由于反向恢復(fù)過(guò)程的影響,負(fù)脈沖不能使二極管關(guān)斷。
所以要保持良好的開(kāi)關(guān)作用,脈沖持續(xù)時(shí)間不能太短,也就意味著脈沖的重復(fù)頻率不能太高,這就限制了開(kāi)關(guān)的速度。
(來(lái)源:星球號(hào),作者:leo.zhao)
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