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二极管专题:二极管的反向恢复时间(动态特性)

 Ricky_图书馆 2023-08-01 发布于广东

前言

低频下,按电池理解二极管即可,但是当高频信号加在二极管两端时,就要考虑二极管的动态特性了。
二极管的单向导电特性并不十分理想,这是因为二极管的本质是有P型半导体和N型半导体接触形成的PN结。
PN结除了除了构成单向到点的二极管外,还存在一个结电容:
在这里插入图片描述

结电容导致'双向'导电

结电容对二极管当然不是什么好事,这实际上使二极管可以流过一定量的反向电荷。
实际二极管需要一定的时间来恢复反向阻断能力。Trr称为反向恢复时间(reverse revovery)。
在这里插入图片描述

二极管的结电容大小

不同工艺结构可以使结电容的大小不一样。
1、点接触的PN结,可以减小结电容,但会降低二极管的通流能力。
2、面接触,通流能力强,但是结电容更大。
看下面两个例子:
1N4007 (面接触型)
在这里插入图片描述
1N4148(点接触型)
在这里插入图片描述

结电容对单向导电性的影响

1、低频时,反向导电占整个周期的比例很小,二极管仍可以看成是单向导电的。
在这里插入图片描述
2、高频时,如果反向导电占整个周期的比例很大,二极管称为“双向导电”器件,也就无法使用了。
在这里插入图片描述

二极管反向恢复过程

实际二极管的反向恢复曲线如图所示,蓝色是反向恢复电流曲线,黄色是反向恢复电压曲线。
在Tf时刻前,二极管正向导通,Uf就是通常说的0.7V,If很大。
在这里插入图片描述
随后电路试图给二极管加反压,但是反压不是立马能加上去的,二极管的电流If在t0 时刻降到0。
t0 - t1 这段时间,二极管电流不仅不消失,反而成为反向电流,且不断增加。这段时间称为Td (delay),表示的含义是(不服从控制)延迟时间。
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t1时刻反向电流达到最大,t1 - t2 时间段反向电流最终减小到0,称之为下降时间Tf(fall)。
td 和 tf 加起来就是反向恢复时间Trr。这段时间二极管是反向导通的。
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可以想象,如果加在二极管上的信号周期与反向恢复时间Trr 在数量级上可比拟的话,二极管实际效果是全通的。
所以。反向恢复时间Trr决定了二极管可适用的频率场合。
在这里插入图片描述
简单对二极管反向恢复电压进行分析,反向恢复电流达到峰值Irp以后急剧减小,也就说明下降时间Tf其实很小。
这样一来在线路上的寄生电感上会产生尖峰电压Urp(reveres peak ),这是十分有害的,可能会击穿二极管。
在这里插入图片描述恢复系数 Tf/Td 用来描述二级管反向回复的“软度”,恢复系数越大,约不容易产生有害高压。
也就是一方面我们希望反向恢复时间Trr越短越好,另一方面我们还希望下降时间Tf所占的时间比重越大越好。

我们来看看高频二极管1N4148的反向恢复时间: 4ns
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思考

二极管的反向恢复时间跟结电容大小有关系么?

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