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[導(dǎo)讀]二極管在較高頻率下應(yīng)用的時候,需要注意二極管除了我們知道的正常的導(dǎo)通狀態(tài)和正常的截至狀態(tài)以外,在兩種狀態(tài)之間,轉(zhuǎn)換過程中還存在著開啟效應(yīng)和關(guān)斷效應(yīng)。二極管在開關(guān)的過程中其電流和電壓的變化過程如圖所示:

二極管在較高頻率下應(yīng)用的時候,需要注意二極管除了我們知道的正常的導(dǎo)通狀態(tài)和正常的截至狀態(tài)以外,在兩種狀態(tài)之間,轉(zhuǎn)換過程中還存在著開啟效應(yīng)和關(guān)斷效應(yīng)。二極管在開關(guān)的過程中其電流和電壓的變化過程如圖所示:


① 開啟效應(yīng):表征著二極管由截止過渡到導(dǎo)通的特性,從反向電壓VR正向?qū)?,跳變至最高電壓V?P,然后慢慢降低為二極管正向?qū)妷篤F,達到穩(wěn)定狀態(tài)的過程稱為二極管的正向恢復(fù)過程。這一過程所需要的時間稱為正向恢復(fù)時間。開啟過程的過程是對對反偏二極管的結(jié)電容充電,使二極管的電壓緩慢上升,因PN結(jié)耗盡區(qū)的工作機理,使電壓的上升比電流的上升要慢很多。
② 關(guān)斷效應(yīng):表征著二極管由導(dǎo)通過渡到截止的特性,從二極管正向?qū)妷篤F,跳變至負向最高電壓VFF,然后反向截止達到穩(wěn)定狀態(tài)VR的過程稱為二極管的反向恢復(fù)過程。這一過程所需要的時間稱為反向恢復(fù)時間。由于電荷存儲效應(yīng),二極管正向?qū)〞r,會存在非平衡少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象。在關(guān)斷過程中存儲電荷消失之前,二極管仍維持正偏的狀態(tài)。為使其承受反向阻斷的能力,必需將這些少子電荷抽掉。反向恢復(fù)時間分為存儲時間Ts與下降時間Tf,存儲時間時二極管處在抽走反向電荷的階段,在這段時間以后電壓達到反向最大值,二極管可開始反向阻斷,下降時間則是對二極管耗盡區(qū)結(jié)電容進行充電的過程,直到二極管完全承受外部所加的反向電壓,進入穩(wěn)定的反向截止狀態(tài)。
二極管的暫態(tài)開關(guān)過程就是PN結(jié)電容的充、放電過程。二極管由截止過渡到導(dǎo)通時,相當于電容充電,二極管由導(dǎo)通過渡到截止時,相當于電容放電。二極管結(jié)電容越小,充、放電時間越短,過渡過程越短,則二極管的暫態(tài)開關(guān)特性越好。
正向過程損耗

這是一個估計的結(jié)果
反向過程損耗
計算方法也是估計的(這是續(xù)流電路的情況)

實際的功率二極管用在不同的地方,其結(jié)果也是并不相同的,按照書中整流和續(xù)流兩塊去分析,我可能將之整理一下效果較好。感興趣的同志們可以去看看,挺詳細和詳實的一本書。
整個開關(guān)過程,實質(zhì)上,就是認為對結(jié)電容進行操作。如果沒有電容,整個開關(guān)過程是非常理想的,也就等效成為一個理想的開關(guān)了。
補充(引用網(wǎng)上不明作者的圖和過程分析):
由于二極管外加正向電壓時,載流子不斷擴散而存儲的結(jié)果。當外加正向電壓時P區(qū)空穴向N區(qū)擴散,N區(qū)電子向P區(qū)擴散,這樣,不僅使勢壘區(qū)(耗盡區(qū))變窄,而且使載流子有相當數(shù)量的存儲,在P區(qū)內(nèi)存儲了電子,而在N區(qū)內(nèi)存儲了空穴,它們都是非平衡少數(shù)載流子,如下圖所示。

空穴由P區(qū)擴散到N區(qū)后,并不是立即與N區(qū)中的電子復(fù)合而消失,而是在一定的路程LP(擴散長度)內(nèi),一方面繼續(xù)擴散,一方面與電子復(fù)合消失,這樣就會在 LP范圍內(nèi)存儲一定數(shù)量的空穴,并建立起一定空穴濃度分布,靠近結(jié)邊緣的濃度最大,離結(jié)越遠,濃度越小。正向電流越大,存儲的空穴數(shù)目越多,濃度分布的梯度也越大。我們把正向?qū)〞r,非平衡少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象叫做電荷存儲效應(yīng)。
當輸入電壓突然由+VF變?yōu)?VR時P區(qū)存儲的電子和N區(qū)存儲的空穴不會馬上消失,但它們將通過下列兩個途徑逐漸減少:
① 在反向電場作用下,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,如下圖所示;
② 與多數(shù)載流子復(fù)合。

在這些存儲電荷消失之前,PN結(jié)仍處于正向偏置,即勢壘區(qū)仍然很窄,PN結(jié)的電阻仍很小,與RL相比可以忽略,所以此時反向電流IR= (VR+VD)/RL。VD表示PN結(jié)兩端的正向壓降,一般 VR>>VD,即 IR=VR/RL。在這段期間,IR基本上保持不變,主要由VR和RL所決定。經(jīng)過時間ts后P區(qū)和N區(qū)所存儲的電荷已顯著減小,勢壘區(qū)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)過時間tt,二極管轉(zhuǎn)為截止。由上可知,二極管開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的反向恢復(fù)過程,實質(zhì)上由于電荷存儲效應(yīng)引起的,反向恢復(fù)時間就是存儲電荷消失所需要的時間。

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