在下圖的電路中 V上輸入如下的電壓波形: 則二極管上的電流波形如下: 可以看到,當通入正向電壓時,二極管導通,二極管上的電流為I1,當通入的電壓突然反向時,二極管上的電流也瞬間反向了,隨后才變小,進而進入反向截止狀態(tài)。這個現(xiàn)象就叫二極管的反向恢復。反向電流保持不變的這段時間稱為儲存時間ts,反向電流由I2下降到0.1I2所需的時間稱為下降時間tf。儲存時間和下降時間之和(ts+tf)稱為反向恢復時間。二極管反向截止后還存在的電流被稱為二極管的反向漏電流IR。 二、二極管反向恢復現(xiàn)象的解釋 在二極管的PN節(jié)上,當外加正向電壓時,P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散,N區(qū)的電子向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。電子擴散到P區(qū)的情況也類似,下圖為二極管中存儲電荷的分布。 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。 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,與電路中的負載電阻相比可以忽略,所以此時反向電流IR=(反向電壓VR+VD)/負載電阻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tf,二極管轉(zhuǎn)為截止。 由上可知,二極管在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的反向恢復過程,實質(zhì)上由于電荷存儲效應引起的,反向恢復時間就是存儲電荷消失所需要的時間。 |
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