晶體二極管開(kāi)關(guān)轉換過(guò)程分析

晶體二極管開(kāi)關(guān)電路在數字系統和自動(dòng)化系統里應用很廣泛，在晶體二極管開(kāi)關(guān)特性實(shí)驗中，其開(kāi)關(guān)轉換過(guò)程中輸出與輸入存在時(shí)間上的延遲或者滯后，研究晶體二極管開(kāi)關(guān)特性主要是研究其開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉換過(guò)程所需時(shí)間的長(cháng)短。Microsemi公司研制的DQ系列二極管具有超快速軟恢復等優(yōu)點(diǎn)，極大地提高了晶體二極管的開(kāi)關(guān)速度。

隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，新型的SiC肖特基勢壘二極管與采用Si或GaAS技術(shù)的傳統功率二極管相比，SiC肖特基二極管(SiC-SBD)可大幅降低開(kāi)關(guān)損耗并提高開(kāi)關(guān)頻率。在A(yíng)M-LCD中，用C60制作的勢壘二極管作為有源矩陣的開(kāi)關(guān)，其工作速度也很快。作為開(kāi)關(guān)器件使用時(shí)，其由開(kāi)到關(guān)或由關(guān)到開(kāi)所需時(shí)間越短越好，因此，對于晶體二極管開(kāi)關(guān)速度快慢的原因需要進(jìn)行認真分析探討。在此基礎上通過(guò)簡(jiǎn)明的實(shí)驗電路，依據晶體二極管的參數選擇合適的脈沖信號和負載，能夠很清楚地觀(guān)察到二極管開(kāi)關(guān)轉換過(guò)程時(shí)間的延遲。

二極管開(kāi)關(guān)特性

在數字電子技術(shù)門(mén)電路中，在脈沖信號的作用下，二極管時(shí)而導通，時(shí)而截止，相當于開(kāi)關(guān)的“接通”和“關(guān)斷”。二極管由截止到開(kāi)通所用的時(shí)間稱(chēng)為開(kāi)通時(shí)間，由開(kāi)通到截止所用的時(shí)間稱(chēng)為關(guān)斷時(shí)間。研究其開(kāi)關(guān)特性，就是分析導通和截止轉換快慢的問(wèn)題，當脈沖信號頻率很高時(shí)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化的速率就高。作為一種開(kāi)關(guān)器件，其開(kāi)關(guān)的速度越快越好，但是二極管是由硅或鍺等半導體材料通過(guò)特殊工藝制成的電子器件，有一個(gè)最高極限工作速度，當開(kāi)關(guān)速度大于極限工作速度，二極管就不能正常工作。要使二極管安全可靠快速地工作，外界的脈沖信號高低電平的轉換頻率要小于二極管開(kāi)關(guān)的頻率。

如圖1所示，輸入端施加一脈沖信號Vi，其幅值為+V1和-V2。當加在二極管兩端的電壓為+V1，二極管導通；當加在二極管兩端的電壓為-V2，二極管截止，輸入、輸出波形如圖2所示。二極管兩端的電壓由正向偏置+V1變?yōu)榉聪蚱?V2時(shí)，二極管并不瞬時(shí)截止，而是維持一段時(shí)間ts后，電流才開(kāi)始減小，再經(jīng)tf后，反向電流才等于靜態(tài)特性上的反向漂移電流I0，其值很小。ts稱(chēng)為存貯時(shí)間，tf稱(chēng)為下降時(shí)間，ts+tf=trr稱(chēng)為關(guān)斷時(shí)間。二極管兩端的電壓由反向偏置-V2變?yōu)檎蚱?V1時(shí)，二極管也不是瞬時(shí)導通，而是經(jīng)過(guò)導通延遲時(shí)間和上升時(shí)間后才穩定導通，這段時(shí)間稱(chēng)為開(kāi)通時(shí)間。顯然二極管的導通和截止時(shí)刻總是滯后加于其兩端高、低電平的時(shí)刻。二極管從截止轉為正向導通的開(kāi)通時(shí)間，與從導通轉向截止時(shí)的關(guān)斷時(shí)間相比很小，其對開(kāi)關(guān)速度的影響很小，在分析討論中主要考慮關(guān)斷時(shí)間的影響。