正向恢復(fù)時(shí)間和反向恢復(fù)時(shí)間詳解-KIA MOS管

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

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?

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。

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：

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(zhǎng)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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