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正向恢復(fù)時(shí)間與反向恢復(fù)時(shí)間解析
  • 發(fā)布時(shí)間:2024-05-09 16:51:20
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正向恢復(fù)時(shí)間與反向恢復(fù)時(shí)間解析
正向恢復(fù)時(shí)間
正向恢復(fù)時(shí)間的定義:從二極管反向截止?fàn)顟B(tài)到指定的正向?qū)顟B(tài)所需要的時(shí)間。
正向恢復(fù)時(shí)間產(chǎn)生的原因:
二極管導(dǎo)通時(shí)兩端的電壓如圖
正向恢復(fù)時(shí)間 反向恢復(fù)時(shí)間
可以看到在二極管的到通過程中有一個(gè)十分明顯的電壓過程。
這個(gè)現(xiàn)象的成因:
主要在恒流負(fù)載的驅(qū)動(dòng)下,假設(shè)電流比較大,階躍速度比較快。此時(shí)由于二極管尚未完全導(dǎo)通,導(dǎo)致阻抗較高,因此會(huì)引起比較高的正向壓降,在做大電流,快速階躍的應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意這種現(xiàn)象。
對(duì)于在二極管導(dǎo)通的過程中阻抗的成因有兩部分,主要因素是因?yàn)樵赑N結(jié)中,電子的漂移速度是有限的,因此無法響應(yīng)瞬間加載到二極管兩端的偏置電壓,另一方面則是因?yàn)榧纳姼械挠绊憽?/div>
但是我們?cè)趯?shí)際使用的過程中很難觀測(cè)到這種現(xiàn)象。一方面是因?yàn)槲覀凃?qū)動(dòng)二極管的時(shí)候大多時(shí)恒壓源驅(qū)動(dòng)的,很少有恒流源的情況,另一方面,能夠達(dá)到ns級(jí)別響應(yīng)的恒流源也不常見,因此在實(shí)際二極管的使用過程中很難觀測(cè)到這種現(xiàn)象
反向恢復(fù)時(shí)間
反向恢復(fù)時(shí)間的定義:在正向電流按照指定的斜率衰減的條件下,二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂闺娏鬟_(dá)到指定水平的時(shí)間。
正向恢復(fù)時(shí)間 反向恢復(fù)時(shí)間
二極管的反向恢復(fù)產(chǎn)生的原因:
二極管在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的反向恢復(fù)過程,實(shí)質(zhì)上由于電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起的,反向恢復(fù)時(shí)間就是存儲(chǔ)電荷消失所需要的時(shí)間。
反向恢復(fù)過程:
正向恢復(fù)時(shí)間 反向恢復(fù)時(shí)間
在圖1所示的二極管電路中,加入一個(gè)如圖2所示的輸入電壓。即在 0~t1 時(shí)間內(nèi),輸入為 +VF,二極管導(dǎo)通,電路中有電流流過。
假設(shè)二極管的正向壓降為 VD,當(dāng) VF 遠(yuǎn)大于 VD 時(shí),VD 可忽略不計(jì);如果在 t1 時(shí)刻,輸入V1 突然從 +VF 變?yōu)?-VR,在理想情況下,二極管將即刻變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài),電路中只有很小的反向漏電流。
但在實(shí)際情況中,二極管并不會(huì)立即變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài),而是先有正向的 IF 變?yōu)橐粋€(gè)很大的反向電流 IR  = VR/RL,這個(gè)反向電流會(huì)維持一段時(shí)間 ts 后才開始逐漸下降,再經(jīng)過 tt 時(shí)間后,下降到一個(gè)很小的數(shù)值 0.1*IR,這時(shí)二極管才會(huì)進(jìn)入反向截止?fàn)顟B(tài)。該過程如圖3所示。
一般將二極管從正向?qū)ㄗ優(yōu)榉聪蚪刂沟倪^程成為反向恢復(fù)過程,其中 ts 稱為存儲(chǔ)時(shí)間,tt 稱為渡越時(shí)間,tre  =ts +tt 稱為反向恢復(fù)時(shí)間。
二極管的開關(guān)速度受到反向恢復(fù)時(shí)間的限制。
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是由于電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。
由于二極管外加正向電壓+VF 時(shí),P 區(qū)的空穴向 N 區(qū)擴(kuò)散,N 區(qū)的電子向 P 區(qū)擴(kuò)散,不僅使得耗盡層變窄,而且使得載流子有相當(dāng)數(shù)量的存儲(chǔ),在 P 區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)了電子,在N 區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)了空穴,它們都是非平衡少子。
空穴由 P 區(qū)擴(kuò)散到 N 區(qū)后,并不是立即與 N 區(qū)中的電子復(fù)合后消失,而是在一定的路程LP(擴(kuò)散長度)內(nèi),一方面繼續(xù)擴(kuò)散,一方面與電子復(fù)合消失,這樣就會(huì)在LP范圍內(nèi)存儲(chǔ)一定數(shù)量的空穴,并建立起一定的空穴濃度分布,靠近 PN 結(jié)邊緣的濃度高,離 PN 結(jié)越遠(yuǎn),濃度越小。
正向電流越大,存儲(chǔ)的空穴數(shù)目越多,濃度分布的梯度也越大。電子擴(kuò)散到 P 區(qū)的情況類似。
把正向?qū)〞r(shí),非平衡少子積累的現(xiàn)象叫做電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。
當(dāng)輸入電壓突然由+VF 變?yōu)?VR 時(shí), P 區(qū)存儲(chǔ)的電子和 N 區(qū)存儲(chǔ)的空穴不會(huì)馬上消失,它們會(huì)通過以下兩個(gè)途徑逐漸減少:
1.在反向電場(chǎng)的作用下, P 區(qū)電子被拉回 N 區(qū), N 區(qū)空穴被拉回 P 區(qū),形成反向漂移電流 IR ;
2.與多數(shù)載流子復(fù)合消失。
在這些存儲(chǔ)電荷消失之前,PN結(jié)仍處于正向偏置,即耗盡層仍然很窄,PN結(jié)的電阻仍然很小,與 Rl 相比可以忽略,所以此時(shí)反向電流IR  = VR +VD/RL 。VD表示PN結(jié)兩端的正向壓降,一般有VR >>VD,即IR  = VR /RL。
在這段時(shí)間,IR基本上保持不變,主要由VR和 Rl決定。經(jīng)過 ts 時(shí)間后,P 區(qū)和 N 區(qū)所存儲(chǔ)的電荷已顯著減小,耗盡層逐漸變寬,反向電流 IR 逐漸減小到正常反向飽和電流的數(shù)值,經(jīng)過 tt 時(shí)間后,二極管轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)。
由上可知,二極管的反向恢復(fù)時(shí)間就是存儲(chǔ)電荷消失所需要的時(shí)間。如果反向脈沖的持續(xù)時(shí)間比反向恢復(fù)時(shí)間 tre  =ts +tt 短,則二極管在正、反方向都可以導(dǎo)通,起不到開關(guān)的作用。
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