二极管的开关作用和反向恢复时间

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1、5.1二极管的开关作用和反向恢复时间PN结二极管经常用来制作电开关。在正偏状态，即开态，很小的外加电压就能产生较大的电流，；在反偏状态，即关态，只有很小的电流存在于PN结内。我们最感兴趣的开关电路参数就是电路的开关速度。本节会定性地讨论二极管的开关瞬态以及电荷的存储效应。在不经任何数学推导的情况下，简单给出描述开关时间的表达式。二极管的开关作用利用二极管正、反向电流相差悬殊这一特性，可以把二极管作开关使用。当开关K打向A时，二极管处于正向，电流很大，相当于接有负载的外回路与电源相连的开关闭合，回路处于接通状态（开态）；当开关K打向B时，二极管处于反向，反向电流很小

2、，相当于外回路的开关断开，回路处于断开状态（关态）。V1为外加电源电压，VJ为二极管的正向压降，对硅管VJ约为0.7V，锗管VJ约为0.25V，RL为负载电阻。在开态时，流过负载的稳态电流为I1通常VJ远小于V1，所以左式可近似写为→在关态时，流过负载的电流就是二极管的反向电流IR。二极管的反向恢复时间假设外加脉冲的波形如图(a)所示，则流过二极管的电流就如图(b)所示。导通过程中，二极管P区向N区输运大量空穴，N区向P区输运大量电子。随着时间的延长，N区内空穴和P区内电子不断增加，直到稳态时停止。在稳态时，流入N区的空穴正好与N区内复合掉的空穴数目相等，流入P区

3、的电子也正好与P区内复合掉的电子数目相等，达到动态平衡，流过P-N结的电流为一常数I1。随着势垒区边界上的空穴和电子密度的增加，P-N结上的电压逐步上升，在稳态即为VJ。此时，二极管就工作在导通状态。外电路加以正脉冲时正向时积累在各区的大量少子要被反向偏置电压拉回到原来的区域，开始时的瞬间，流过P-N结的反向电流很大，经过一段时间后，原本积累的载流子一部分通过复合，一部分被拉回原来的区域，反向电流才恢复到正常情况下的反向漏电流值IR。正向导通时少数载流子积累的现象称为电荷储存效应。二极管的反向恢复过程就是由于电荷储存所引起的。反向电流保持不变的这段时间就称为储存时

4、间ts。在ts之后，P-N结上的电流到达反向饱和电流IR，P-N结达到平衡。定义流过P-N结的反向电流由I2下降到0.1I2时所需的时间为下降时间tf。储存时间和下降时间之和为（ts+tf）称为P-N结的关断时间（即为反向恢复时间）。当某一时刻在外电路上加的正脉冲跳变为负脉冲时反向恢复时间限制了二极管的开关速度。（1）如果脉冲持续时间比二极管反向恢复时间长得多，这时负脉冲能使二极管彻底关断，起到良好的开关作用；（2）如果脉冲持续时间和二极管的反向恢复时间差不多甚至更短的话，这时由于反向恢复过程的影响，负脉冲不能使二极管关断。所以要保持良好的开关作用，脉冲持续时间不

5、能太短，也就意味着脉冲的重复频率不能太高，这就限制了开关的速度。注意