二極管的開(kāi)關(guān)特性

一、二極管從正向導通到截止有一個(gè)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+V_F，二極管導通，電路中有電流流通。

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

　　在t₁時(shí)，V₁突然從+V_F變?yōu)?V_R。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I_F變到一個(gè)很大的反向電流I_R=V_R／R_L，這個(gè)電流維持一段時(shí)間t_S后才開(kāi)始逐漸下降，再經(jīng)過(guò)t_t后 ，下降到一個(gè)很小的數值0.1I_R，這時(shí)二極管才進(jìn)人反向截止狀態(tài)，如下圖所示。

　　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t_S稱(chēng)為存儲時(shí)間，t_t稱(chēng)為渡越時(shí)間，t_re=t_s+t_t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V_F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。

　　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L_P（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L_P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。

　　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+V_F變?yōu)?V_R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：
　?、?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I_R，如下圖所示；
　?、?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R_L相比可以忽略，所以此時(shí)反向電流I_R=（V_R＋V_D）/R_L。V_D表示ＰＮ結兩端的正向壓降，一般 V_R>>V_D，即 I_R＝V_R／R_L。在這段期間，I_R基本上保持不變，主要由V_R和R_L所決定。
　　經(jīng)過(guò)時(shí)間t_s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I_R逐漸減小到正常反向飽和電流的數值，經(jīng)過(guò)時(shí)間t_t
，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。

三、二極管的開(kāi)通時(shí)間

　　二極管從截止轉為正向導通所需的時(shí)間稱(chēng)為開(kāi)通時(shí)間。
　　這個(gè)時(shí)間同反向恢復時(shí)間相比是很短的。這是由于ＰＮ結在正向偏壓作用下，勢壘區迅速變窄，有利于少數載流子的擴散，正向電阻很小，因而它在導通過(guò)程中及導通以后，其正向壓降都很小，比輸入電壓V_F小得多，故電路中的正向電流 I_F=V_R／R_L ，它由外電路的參數決定，而幾乎與二極管無(wú)關(guān)。因此，只要電路在t=0時(shí)加入+V_F的電壓
，回路的電流幾乎是立即達到 V_F／R_L。這就是說(shuō) ，二極管的開(kāi)通時(shí)間是很短的，它對開(kāi)關(guān)速度的影響很小，可以忽略不計。