整流二極管簡介

本文講述整流二極管反向恢復過程。一種將交流電能轉變?yōu)橹绷麟娔艿陌雽w器件。通常它包含一個PN結，有正極和負極兩個端子。二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負極流出。

整流二極管反向恢復過程詳解

一、二極管從正向導通到截止有一個反向恢復過程

在上圖所示的硅二極管電路中加入一個如下圖所示的輸入電壓。在0―t1時間內，輸入為+VF，二極管導通，電路中有電流流通。

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

在t1時，V1突然從+VF變?yōu)?VR。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。但實際情況是，二極管并不立刻截止，而是先由正向的IF變到一個很大的反向電流IR=VR／RL，這個電流維持一段時間tS后才開始逐漸下降，再經過tt后 ，下降到一個很小的數(shù)值0.1IR，這時二極管才進人反向截止狀態(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過的轉換過程稱為反向恢復過程。其中tS稱為存儲時間，tt稱為渡越時間，tre=ts+tt稱為反向恢復時間。

由于反向恢復時間的存在，使二極管的開關速度受到限制。

二、產生反向恢復過程的原因——電荷存儲效應

產生上述現(xiàn)象的原因是由于二極管外加正向電壓VF時，載流子不斷擴散而存儲的結果。當外加正向電壓時Ｐ區(qū)空穴向Ｎ區(qū)擴散，Ｎ區(qū)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)內存儲了電子，而在Ｎ區(qū)內存儲了空穴 ，它們都是非平衡少數(shù)載流于，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，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(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。

我們把正向導通時，非平衡少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象叫做電荷存儲效應。

當輸入電壓突然由+VF變?yōu)?VR時Ｐ區(qū)存儲的電子和Ｎ區(qū)存儲的空穴不會馬上消失，但它們將通過下列兩個途徑逐漸減少：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結仍處于正向偏置，即勢壘區(qū)仍然很窄，ＰＮ結的電阻仍很小，與RL相比可以忽略，所以此時反向電流IR=（VR＋VD）/RL。VD表示ＰＮ結兩端的正向壓降，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，經過時間tt，二極管轉為截止。  

由上可知，二極管在開關轉換過程中出現(xiàn)的反向恢復過程，實質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。

二極管和一般開關的不同在于,“開”與“關”由所加電壓的極性決定, 而且“開”態(tài)有微小的壓降V f,“關”態(tài)有微小的電流i0。當電壓由正向變?yōu)榉聪驎r, 電流并不立刻成為(- i0) , 而是在一段時間ts 內, 反向電流始終很大, 二極管并不關斷。經過ts后, 反向電流才逐漸變小, 再經過tf 時間, 二極管的電流才成為(- i0) , ts 稱為儲存時間, tf 稱為下降時間。tr= ts+ tf 稱為反向恢復時間, 以上過程稱為反向恢復過程。這實際上是由電荷存儲效應引起的, 反向恢復時間就是存儲電荷耗盡所需要的時間。該過程使二極管不能在快速連續(xù)脈沖下當做開關使用。如果反向脈沖的持續(xù)時間比tr 短, 則二極管在正、反向都可導通, 起不到開關作用。

整流二極管特性

整流二極管是利用PN結的單向導電特性，把交流電變成脈動直流電。整流二極管漏電流較大,多數(shù)采用面接觸性料封裝的二極管。整流二極管的外形如圖1所示，另外，整流二極管的參數(shù)除前面介紹的幾個外，還有最大整流電流，是指整流二極管長時間的工作所允許通過的最大電流值。它是整流二極管的主要參數(shù)，是選項用整流二極管的主要依據(jù)。

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