找回密码
 注册
关于网站域名变更的通知
查看: 344|回复: 2
打印 上一主题 下一主题

什么是二极管结电容和反向恢复时间

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
1#
发表于 2021-11-2 15:56 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

EDA365欢迎您登录!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
二极管的结电容:势垒电容和扩散电容。我们也知道了数据手册中所给出的结电容参数,它的大小和反向恢复时间没有关系。如下表所示:

! Q7 p! n7 f7 o9 m
序号
5 G5 \: K; \5 n5 C; |$ ~
种类- L8 v! Q/ s$ s/ p' O0 I
型号
1 N0 C; H# V$ I* w
结电容8 @0 E3 j1 N6 I2 ~' c
反向恢复时间* w2 L, [: t+ g( _7 Z+ _: M/ W! d# T
封装
( A, a8 e. L  a0 ~. {2 E; @
品牌  I6 \4 Y8 `* l+ d
1& ]6 Q/ x' H1 E. m( \
普通整流二极管
% S, y( H7 I' G3 F
1N4007' |! T9 C# f$ [- }" K+ N. ]" c
15pF
* ?: D& g% N( ~& r
1us
- x  j& C% u+ M
DO-417 x7 A4 Z! A0 J& h+ U" o
固锝
8 |; A) j1 E4 `) G; V6 `
2
( @3 y% F2 R& e5 a/ i" s1 a
快恢复二极管0 B7 a! o9 e/ Z8 ^+ j- L; A
1N4933G
# K4 S2 J4 o7 U# j0 Z: y$ B
10pF- p% }+ Q0 W5 s6 H- F/ {
150ns4 e7 L$ _7 [9 F' f7 z% \
DO-41
7 C& e5 ]4 {: G# r7 I! g4 z
杨杰2 S8 V) W2 ]7 y$ R. V
3
8 W! g" Q6 A6 O1 }& a  V, t
超快恢复二极管5 p2 g5 V; H; F: s
ES1J
4 g% v0 G; I2 n  w" H; y. [
8pF
- |0 e: ]/ ^) g/ N: A
35ns2 m' U& N9 {; v1 Z
SMA/ N8 q7 Y) l0 {% A- {6 c
安森美3 g5 F$ a5 j. a3 y7 O) O# R
4
2 X1 k3 i, g* ?' i
肖特基二极管
0 Z2 T2 u% \( R
1N5819W
# h: b8 S4 O* v: y& X) X( k
110pF
! b0 }8 T, `. T7 H6 _' o0 b& j
10ns
! J; q' |' J8 I+ |, a
DO-410 [, F' d5 L. K2 P% N  @
固锝- J' u; o2 a4 B/ e0 m/ P+ z
53 E1 k; |( z$ i+ C7 h% \( O+ P
开二极关管
. Y3 g6 r; K# |# ~
1N4148/ w; n! F/ t: q% G( ?! z2 n
4PF9 X/ r' Q; d8 v/ s! i3 R; e
4ns8 N# a, j7 R& O' D* f
DOS-323
5 M* k- E( }" \
强茂$ y6 N, u3 T% M$ x5 U" K

6 V# k" l; a! ?1 m4 f  V; V7 A
通过上表可以反推,里面的结电容其实指的是势垒电容。

9 w4 E8 `9 t9 i: M! z; P
我们还是以ES1J数据手册给出的参数为例,可以看出,它测试出来的结电容参数是有条件的:VR=4.0V,f=1.0MHz。那么,这里面的VR指的就是加在二极管两端的反向电压,reverse反向的意思。所以,得出一个结论:二极管的反向恢复时间和扩散电容是有关系的。扩散电容越大,反向恢复时间越长;扩散电容越小,反向恢复时间越短。同时,我们也分析过,正向导通的电流越大,扩散电容也就越大。也就是说,如果正向导通电流越大的话,少数载流子的积累效应就越强。
7 L: ~/ }  U1 a
事实表明,PN结正偏的时候,结电容主要是扩散电容,PN结反偏的时候,结电容主要是势垒电容。

+ h- i# B; M8 s& e+ ^
我们再回到最初的疑问:反向恢复时间和结电容(扩散电容)什么关系?

4 _/ v' E3 g( m+ h2 B
$ g0 @" G7 H6 h
反向恢复时间

5 N: z% Y1 M1 o# P4 [
由PN结构成的二极管都会有一个Trr的参数,这个参数就是二极管的反向恢复时间。trr这个参数决定了二极管的最高工作频率。那反向恢复时间到底是怎么来的呢?我们来看下面这个图。

& _9 A( z* P5 [- u% X, J  G( e
开关拨到左边1时,二极管接正向电源,正向电流IF=(Vf-Vpn)/RF。可以想象,此时PN结处充斥的很多的载流子,也就是存储了很多的电荷。如果我们观察半导体内部,会发现,整个PN结,包括内建电场区,到处都有载流子存在。也就是说,现在整个PN结相当于是良导体,如果电源迅速反向,电流也是可以迅速反向的。

  j1 B5 ~  ^. C8 b8 \2 N  p
我们看上面这幅图。在开关拨到右边0时,二极管接反向电源,但是此时PN结正偏的特性不会马上改变。为什么PN结的正偏特性不会改变呢?
  _6 r* }; Q! L2 m# A- z
可以这么看,PN结反偏时内建电场区是基本没有电荷的,很明显,现在存了很多电荷,不把这些电荷搞掉,正偏特性不会变化的。也可以理解为是结电容导致电压不能突变,电荷没放完,结两端的电压就不会变反向。
) f4 T1 H, o$ W. I+ k' c

/ w6 f8 \5 ~( l# q$ G
与此同时,因为存储了大量电荷,此时PN结可以看成良导体,电流立马反向,反向电流IR=(Vr+Vpn)/Rr。不过需要注意,这时电流的成因是少数载流子反向运动的结果,随着时间推移,少数载流子数量是越来越少的。
/ o/ P* Q" Z9 h% o
看上面这幅图,刚才说到,随着时间的推移从t0时刻到ts时刻,少数载流子数量越来越少,当t>ts之后,中间被阻断,那是不是整体电流就立马下降到0呢?其实不是的,电流还是存在的,这是暂态电流。因为P区和N区各自剩余的少数载流子并没有达到热平衡,最终会复合消失,这个复合会产生电流。

" O) k. J, Y$ s! ~1 z9 j  L
这个可能不好理解,中间都断了,不允许电荷穿过,怎么还能有电流呢?我们知道,只有形成闭合回路,才能产生电流,这个电流指的是恒定的电流,也就是说串联电路中的电流处处相等。实际上不形成回路也能有电流,那么电流是怎么产生的呢?电荷流动,就是电流。没有回路,也能有电流,那叫暂态电流。就好比一根水管,堵住一端,水也能流进,直到水管满为止。

0 D, p5 ?6 x# w
" w3 ?( E( i( l
所以,尽管中间阻断了,也还是有电流的,只有当重新达到热平衡,复合电流才会为0。整个过程,电源电压,二极管两端电压,反向电流的波形图如下所示,图中的trr就是反向恢复时间。

2 n) U& n1 t* _& h
* I) G& b& x, l, V" J

" Z* n! F- W7 V3 q, F
有时也会看到上面这样的图,二极管反向电流最大值的地方并不是平的,并且二极管两端电压会出现反向尖峰。那到底哪个图是对的呢?其实,这个差异,仅仅只是电路的不同。如果看明白前面说的二极管反向恢复电流的形成过程,这个图也就能理解了。

/ R) e. O$ _, y. V8 C& `9 l+ o$ D. B, S; O, p. J3 c
前面画的波形,我们的电路中串联有电阻,当没有这个电阻的时候,或者说电阻很小的时候。反向电流会非常大,而从正向电流变为反向电流,这需要时间,这会导致di/dt非常大。此时,电路中的电感就不能忽略了,因为有电感的存在,导致二极管两端会存在比电源还大的电压,也就是反向电压尖峰。

' z5 K( z5 M% F5 A5 p, ^
整个过程如下:
1、在t0之前,电感有正向的电流IF。
2、在t0时刻,电源突然反向,因为二极管内部充满电荷,此时相当于导体,所以压降很小,这导致反向电压全都落在了电感上面,因此电流以斜率为di/dt=(Vr+Vpn)/L下降。
3、在ts时刻,二极管开始恢复阻断能力,此时电流达到最大,随后反向电流会下降。
4、在ts之后,二极管的电流为复合电流,随着载流子越来越少,电流也越来越小。此时电感会阻碍电流变小,因此会产生反向感应电压,这会导致在二极管两侧的反向电压比电源电压还大,也就是会出现反向电压尖峰Vrm。随着时间越来越长,复合电流基本为0了,电感电压也就基本为0了,此时二极管两端电压也就等于电源电压Vr。
总的来说,反向恢复时间就是正向导通时PN结存储的电荷耗尽所需要的时间。
% V" D$ b+ _5 V: z
因此,就很容易明白下面这些:
1、反向电源电压越小,反向恢复电流越小,电荷耗尽越慢,反向恢复时间越长。
2、正向电流越大,存储的电荷越多,耗尽时间越长,反向恢复时间越长。
) E1 P1 [. a3 q* \$ }, n, Z
3、半导体材料的载流子复合效率越低,寿命越长,电荷耗尽时间越长,反向恢复时间越长。
4 n2 j9 ~- M; B" \6 K+ N/ b
& {9 g( e" z- ^7 X8 \

. m9 w) |5 h; b. S! [' G

9 G( S. \; Z1 i% k" `* U/ t

) Q7 ^" r  Q5 x& l5 m1 ^7 W4 ^
$ u5 ~) q8 x$ X! Z, f, i. a& M2 G
3 _7 r  e" W0 M6 t  i

- `4 r2 ^; {. J8 o" a1 P
" x* d! B% ?- ~7 |% H1 {

0 h& C, _- Q; X7 ^8 A0 h

该用户从未签到

2#
发表于 2021-11-2 16:09 | 只看该作者
PN结正偏的时候,结电容主要是扩散电容,PN结反偏的时候,结电容主要是势垒电容

该用户从未签到

3#
发表于 2021-11-2 16:51 | 只看该作者
二极管的反向恢复时间和扩散电容是有关系的
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

关闭

推荐内容上一条 /1 下一条

EDA365公众号

关于我们|手机版|EDA365电子论坛网 ( 粤ICP备18020198号-1 )

GMT+8, 2025-10-31 04:39 , Processed in 0.156250 second(s), 27 queries , Gzip On.

深圳市墨知创新科技有限公司

地址:深圳市南山区科技生态园2栋A座805 电话:19926409050

快速回复 返回顶部 返回列表