整流二極管反向恢復過(guò)程-整流二極管的特性與作用

整流二極管簡(jiǎn)介

本文講述整流二極管反向恢復過(guò)程。一種將交流電能轉變?yōu)橹绷麟娔艿陌雽w器件。通常它包含一個(gè)PN結，有正極和負極兩個(gè)端子。二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負極流出。

整流二極管, 整流二極管反向恢復過(guò)程

整流二極管反向恢復過(guò)程詳解

一、二極管從正向導通到截止有一個(gè)反向恢復過(guò)程

整流二極管, 整流二極管反向恢復過(guò)程

在上圖所示的硅二極管電路中加入一個(gè)如下圖所示的輸入電壓。在0―t1時(shí)間內，輸入為+VF，二極管導通，電路中有電流流通。

整流二極管, 整流二極管反向恢復過(guò)程

設VD為二極管正向壓降（硅管為0.7V左右），當VF遠大于VD時(shí)，VD可略去不計，則

整流二極管, 整流二極管反向恢復過(guò)程

在t1時(shí)，V1突然從+VF變?yōu)?VR。在理想情況下，二極管將立刻轉為截止，電路中應只有很小的反向電流。但實(shí)際情況是，二極管并不立刻截止，而是先由正向的IF變到一個(gè)很大的反向電流IR=VR／RL，這個(gè)電流維持一段時(shí)間tS后才開(kāi)始逐漸下降，再經(jīng)過(guò)tt后，下降到一個(gè)很小的數值0.1IR，這時(shí)二極管才進(jìn)人反向截止狀態(tài)，如下圖所示。

整流二極管, 整流二極管反向恢復過(guò)程

通常把二極管從正向導通轉為反向截止所經(jīng)過(guò)的轉換過(guò)程稱(chēng)為反向恢復過(guò)程。其中tS稱(chēng)為存儲時(shí)間，tt稱(chēng)為渡越時(shí)間，tre=ts+tt稱(chēng)為反向恢復時(shí)間。

由于反向恢復時(shí)間的存在，使二極管的開(kāi)關(guān)速度受到限制。

二、產(chǎn)生反向恢復過(guò)程的原因——電荷存儲效應

產(chǎn)生上述現象的原因是由于二極管外加正向電壓VF時(shí)，載流子不斷擴散而存儲的結果。當外加正向電壓時(shí)Ｐ區空穴向Ｎ區擴散，Ｎ區電子向Ｐ區擴散，這樣，不僅使勢壘區（耗盡區）變窄，而且使載流子有相當數量的存儲，在Ｐ區內存儲了電子，而在Ｎ區內存儲了空穴，它們都是非平衡少數載流于，如下圖所示。

整流二極管, 整流二極管反向恢復過(guò)程

空穴由Ｐ區擴散到Ｎ區后，并不是立即與Ｎ區中的電子復合而消失，而是在一定的路程LP（擴散長(cháng)度）內，一方面繼續擴散，一方面與電子復合消失，這樣就會(huì )在LP范圍內存儲一定數量的空穴，并建立起一定空穴濃度分布，靠近結邊緣的濃度最大，離結越遠，濃度越小。正向電流越大，存儲的空穴數目越多，濃度分布的梯度也越大。電子擴散到Ｐ區的情況也類(lèi)似，下圖為二極管中存儲電荷的分布。

整流二極管, 整流二極管反向恢復過(guò)程

我們把正向導通時(shí)，非平衡少數載流子積累的現象叫做電荷存儲效應。

當輸入電壓突然由+VF變?yōu)?VR時(shí)Ｐ區存儲的電子和Ｎ區存儲的空穴不會(huì )馬上消失，但它們將通過(guò)下列兩個(gè)途徑逐漸減少：① 在反向電場(chǎng)作用下，Ｐ區電子被拉回Ｎ區，Ｎ區空穴被拉回Ｐ區，形成反向漂移電流IR，如下圖所示；

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②與多數載流子復合。

在這些存儲電荷消失之前，ＰＮ結仍處于正向偏置，即勢壘區仍然很窄，ＰＮ結的電阻仍很小，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(guò)時(shí)間ts后Ｐ區和Ｎ區所存儲的電荷已顯著(zhù)減小，勢壘區逐漸變寬，反向電流IR逐漸減小到正常反向飽和電流的數值，經(jīng)過(guò)時(shí)間tt，二極管轉為截止。

由上可知，二極管在開(kāi)關(guān)轉換過(guò)程中出現的反向恢復過(guò)程，實(shí)質(zhì)上由于電荷存儲效應引起的，反向恢復時(shí)間就是存儲電荷消失所需要的時(shí)間。

二極管和一般開(kāi)關(guān)的不同在于,“開(kāi)”與“關(guān)”由所加電壓的極性決定, 而且“開(kāi)”態(tài)有微小的壓降V f,“關(guān)”態(tài)有微小的電流i0。當電壓由正向變?yōu)榉聪驎r(shí), 電流并不立刻成為(- i0) , 而是在一段時(shí)間ts 內, 反向電流始終很大, 二極管并不關(guān)斷。經(jīng)過(guò)ts后, 反向電流才逐漸變小, 再經(jīng)過(guò)tf 時(shí)間, 二極管的電流才成為(- i0) , ts 稱(chēng)為儲存時(shí)間, tf 稱(chēng)為下降時(shí)間。tr= ts+ tf 稱(chēng)為反向恢復時(shí)間, 以上過(guò)程稱(chēng)為反向恢復過(guò)程。這實(shí)際上是由電荷存儲效應引起的, 反向恢復時(shí)間就是存儲電荷耗盡所需要的時(shí)間。該過(guò)程使二極管不能在快速連續脈沖下當做開(kāi)關(guān)使用。如果反向脈沖的持續時(shí)間比tr 短, 則二極管在正、反向都可導通, 起不到開(kāi)關(guān)作用。

整流二極管, 整流二極管反向恢復過(guò)程

整流二極管特性

整流二極管是利用PN結的單向導電特性，把交流電變成脈動(dòng)直流電。整流二極管漏電流較大,多數采用面接觸性料封裝的二極管。整流二極管的外形如圖1所示，另外，整流二極管的參數除前面介紹的幾個(gè)外，還有最大整流電流，是指整流二極管長(cháng)時(shí)間的工作所允許通過(guò)的最大電流值。它是整流二極管的主要參數，是選項用整流二極管的主要依據。

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