上一篇文章我们详细讨论了二极管的结电容:势垒电容和扩散电容。我们也 知道了数据手册中所给出的结电容参数,它的大小和反向恢复时间没有关系。如 下表所示:

通过上表可以反推,里面的结电容其实指的是势垒电容

我们还是以 ES1J 数据手册给出的参数为例,可以看出,它测试出来的结电 容参数是有条件的:VR=4.0V,f=1.0MHz。那么,这里面的 VR 指的就是加在二极 管两端的反向电压,reverse 反向的意思。所以,得出一个结论:二极管的反向 恢复时间和扩散电容是有关系的。扩散电容越大,反向恢复时间越长;扩散电容 越小,反向恢复时间越短。同时,我们也分析过,正向导通的电流越大,扩散电 容也就越大。也就是说,如果正向导通电流越大的话,少数载流子的积累效应就 越强
事实表明,PN 结正偏的时候,结电容主要是扩散电容,PN 结反偏的时候, 结电容主要是势垒电容
我们再回到最初的疑问:反向恢复时间和结电容(扩散电容)什么关系?
反向恢复时间

由 PN 结构成的二极管都会有一个 Trr 的参数,这个参数就是二极管的反向 恢复时间。trr 这个参数决定了二极管的最高工作频率。那反向恢复时间到底是 怎么来的呢?我们来看下面这个图

在开关拨到左边 1 时,二极管接正向电源,正向电流 IF=(Vf-Vpn)/Rf。可 以想象,此时 PN 结处充斥的很多的载流子,也就是存储了很多的电荷。如果我 们观察半导体内部,会发现,整个 PN 结,包括内建电场区,到处都有载流子存 在。也就是说,现在整个 PN 结相当于是良导体,如果电源迅速反向,电流也是 可以迅速反向的

我们看上面这幅图。在开关拨到右边 0 时,二极管接反向电源,但是此时 PN 结正偏的特性不会马上改变。为什么 PN 结的正偏特性不会改变呢?
可以这么看,PN 结反偏时内建电场区是基本没有电荷的,很明显,现在存 了很多电荷,不把这些电荷搞掉,正偏特性不会变化的。也可以理解为是结电容 导致电压不能突变,电荷没放完,结两端的电压就不会变反向
与此同时,因为存储了大量电荷,此时 PN 结可以看成良导体,电流立马反 向,反向电流 IR=(Vr+Vpn)/Rr。不过需要注意,这时电流的成因是少数载流子 反向运动的结果,随着时间推移,少数载流子数量是越来越少的

看上面这幅图,刚才说到,随着时间的推移从 t0 时刻到 ts 时刻,少数载流 子数量越来越少,当 t>ts 之后,中间被阻断,那是不是整体电流就立马下降到 0
呢?其实不是的,电流还是存在的,这是暂态电流。因为 P 区和 N 区各自剩余 的少数载流子并没有达到热平衡,最终会复合消失,这个复合会产生电流。 这个可能不好理解,中间都断了,不允许电荷穿过,怎么还能有电流呢?我们知 道,只有形成闭合回路,才能产生电流,这个电流指的是恒定的电流,也就是说 串联电路中的电流处处相等。实际上不形成回路也能有电流,那么电流是怎么产 生的呢?电荷流动,就是电流。没有回路,也能有电流,那叫暂态电流。就好比 一根水管,堵住一端,水也能流进,直到水管满为止
所以,尽管中间阻断了,也还是有电流的,只有当重新达到热平衡,复合电 流才会为 0。整个过程,电源电压,二极管两端电压,反向电流的波形图如下所 示,图中的 trr 就是反向恢复时间


有时也会看到上面这样的图,二极管反向电流最大值的地方并不是平的,并 且二极管两端电压会出现反向尖峰。那到底哪个图是对的呢?其实,这个差异, 仅仅只是电路的不同。如果看明白前面说的二极管反向恢复电流的形成过程,这 个图也就能理解了
前面画的波形,我们的电路中串联有电阻,当没有这个电阻的时候,或者说 电阻很小的时候。反向电流会非常大,而从正向电流变为反向电流,这需要时间, 这会导致 di/dt 非常大。此时,电路中的电感就不能忽略了,因为有电感的存在, 导致二极管两端会存在比电源还大的电压,也就是反向电压尖峰

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