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二極管的反向恢復(fù)過(guò)程

(相關(guān)資料圖)

一、二極管的反向恢復(fù)過(guò)程

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(dāng)通入正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，二極管上的電流為I1，當(dāng)通入的電壓突然反向時(shí)，二極管上的電流也瞬間反向了，隨后才變小，進(jìn)而進(jìn)入反向截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)現(xiàn)象就叫二極管的反向恢復(fù)。反向電流保持不變的這段時(shí)間稱為儲(chǔ)存時(shí)間ts，反向電流由I2下降到0.1I2所需的時(shí)間稱為下降時(shí)間tf。儲(chǔ)存時(shí)間和下降時(shí)間之和（ts+tf）稱為反向恢復(fù)時(shí)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(fù)現(xiàn)象的解釋

在二極管的PN節(jié)上，當(dāng)外加正向電壓時(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，這樣，不僅使勢(shì)壘區(qū)（耗盡區(qū)）變窄，而且使載流子有相當(dāng)數(shù)量的存儲(chǔ)，在Ｐ區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)了電子，而在Ｎ區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)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(kuò)散到Ｎ區(qū)后，并不是立即與Ｎ區(qū)中的電子復(fù)合而消失，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，并建立起一定空穴濃度分布，靠近結(jié)邊緣的濃度最大，離結(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)的情況也類似，下圖為二極管中存儲(chǔ)電荷的分布。

我們把正向?qū)〞r(shí)，非平衡少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象叫做電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。

當(dāng)輸入電壓突然由正向變?yōu)榉聪驎r(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，但它們將通過(guò)下列兩個(gè)途徑逐漸減少：

① 在反向電場(chǎng)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(fù)合。

在這些存儲(chǔ)電荷消失之前，ＰＮ結(jié)仍處于正向偏置，即勢(shì)壘區(qū)仍然很窄，ＰＮ結(jié)的電阻仍很小，與電路中的負(fù)載電阻相比可以忽略，所以此時(shí)反向電流IR=（反向電壓VR＋VD）/負(fù)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(guò)時(shí)間ts后Ｐ區(qū)和Ｎ區(qū)所存儲(chǔ)的電荷已顯著減小，勢(shì)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(guò)時(shí)間tf，二極管轉(zhuǎn)為截止。

由上可知，二極管在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中出現(xiàn)的反向恢復(fù)過(guò)程，實(shí)質(zhì)上由于非平衡少數(shù)載流子的電荷存儲(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。