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二极管电容和反向恢复时间

时间:2023-05-30 11:36来源:未知 作者:admin 点击:
除了上面的伏安特性曲线以外,对于 二极管 ,你还需要知道两个特性:二极管 电容 和反向恢复时间。这两个特性掌握了之后,那对于通常的二极管来说,你该知道的基本上就算都知道

除了上面的伏安特性曲线以外,对于二极管,你还需要知道两个特性:二极管电容和反向恢复时间。这两个特性掌握了之后,那对于通常的二极管来说,你该知道的基本上就算都知道了。

1.   二极管电容

如果你一辈子只做低频领域,那可以不管二极管电容。但那几乎是不可能的,随着现在电子电路和MCU芯片的主频越来越高,总会碰上中频和高频情况的。

重要的事情说三遍:

任何的电子器件都是对频率敏感的。

任何的电子器件都是对频率敏感的。

任何的电子器件都是对频率敏感的。

当你电路的工作频率高到一定程度以后,即使是最基本的电阻也是靠不住的,也会随频率发生一些性能上的变化。那些你平时不用考虑的:电源、开关、甚至导线,在高频下都会发生性能变化,统统都要在设计时予以考虑。影响元器件高频性能的主要原因,是元器件上固有的寄生电容和电感(任何器件都不可能是完美的,有的器件以寄生电容影响为主,有的器件以寄生电感影响为主,还有的两种都要考虑)。由于这些寄生电容和电感非常微小,在中低频时可以忽略不计,但在高频时就会显现出影响。

对于二极管来说,寄生电容的影响比较大,所以要稍微了解一下。在二级管中,存在两种电容效应,分别是:势垒电容(transition capacitance)和扩散电容(diffusion capacitance)。

(1) 势垒电容

在二极管PN结的耗尽区,一边是正电荷,一边是负电荷,而耗尽区内没有载流子,可视为一种绝缘体,如此就构成了一个基本的电容结构,这个电容就称为势垒电容CT。这个电容的值不是很大,一般为几个皮法级,且会随着反偏电压的增大略微减小。

(2) 扩散电容

当二极管正偏电压较小时,耗尽区两边的载流子会由于电源的压迫而注入耗尽区。在二级管还没导通时,从外部看上去就像是PN结的两边被注入了载流子,但其间却没有电流通过,这个过程就好像是给一个虚拟的电容充电一样,这个等效电容就称为扩散电容CD。扩散电容只有在正偏时才有,反偏时没有。

同前面的PN结原理一样,我们也不一定要去深究这两种电容的产生机理,只要知道其外部表现就可以了,其电容随外部偏置电压变化的曲线见下图所示:

二极管电容和反向恢复时间

图 1-5.01 

2.   反向恢复时间

由于二极管中p区和n区的载流子不同,当二级管处于正偏且导通状态时,如果外加电压突然切换到反偏状态,此时电流不会突然截止,而是会突然反转,并且持续反向导通一段时间,然后才截止,这个时间称为反向恢复时间(reverse recovery time),记作trr。其产生的原因如下:

我们在1-2节讲过,在正偏时,n区的自由电子到达p区后,会与p区的空穴复合,然后在价带中一路运动到电源正极,此时p区的价带中存在着大量的从n区过来的活跃的价带电子。当外加电压突然反偏后,这些数量众多的活跃价带电子受外电源电场力的驱使,也会突然向反方向运动,然后轻易穿过PN结,从而形成一个反向的电流。这个反向电流会持续一段时间,直到p区中的那些活跃的价带电子全部回到n区为止。此时,p区中的电子重新变为少数载流子,仅能维持一个微弱的反偏电流。相对应的,n区中空穴的情况也是类似,这里不再赘述。

同前面的二极管电容一样,我们不一定要去深究反向恢复时间的详细的原子级产生机理,只要知道其外部表现就可以了。反向电流的幅值和持续时间见下图所示:

二极管电容和反向恢复时间

图 1-5.02 

在 t=0 时刻,外加电压由正偏转为反偏,此时二极管电流也立刻反转,并且会持续一个时间tS(storage time),然后电流逐渐变小,这个电流逐渐变小的时间记为tt(transition interval),反向恢复时间 trr是这两者之和。高速二极管的反向恢复时间一般为几个纳秒数量级,普通低速二极管不标反向恢复时间。反向电流I反与I正大体在同一个数量级,具体多大取决于正偏电压和反偏电压的大小。

(责任编辑:admin)
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