二极管的反向恢复时间是多少?
二极管的反向恢复时间是多少?
如果二极管在正向状态下导通并立即切换到反向状态,则随着正向电压的流失,二极管将在短时间内以反向状态导通。在这个较短的恢复时间内,通过二极管的电流在反向上会相当大。
在载流子被冲洗并且二极管在反向条件下充当正常阻断装置之后,电流应该下降到泄漏水平。
这只是一个通用的描述反向恢复时间。如评论中所述,它可能会影响很多事情,具体取决于上下文。
在正向电流可以流动之前,需要在 PN 结内建立空间电荷。(如果第一句话让你问为什么,那真的是一个单独的问题——也许这会有所帮助。让我们看看建立和中和空间电荷的动态。)
从零开始,这种空间电荷可以很快建立起来,因为外部施加的正向偏置电压可以将电子从外部路由到周围。电子从n型材料扩散到p型材料的边缘,p型材料中的空穴扩散到n型材料的边缘,在金属界面处,新的电子注入n-型端和在p型端产生空穴以产生可以在外部电路中流动的自由电子。所有这些流动都是它们各自材料中的多数载流子流动,因此扩散会在更大的浓度梯度的驱动下迅速发生。空间电荷迅速发展,因为多数载流子正在流动以打开二极管——n 型材料中的电子和 p 型材料中的空穴。
但是,如果将外部电压反转为反向偏压,则空间电荷会被自身吸引重新组合。但这种重组只发生在少数人的扩散中运营商。这种少数载流子扩散具有小得多的浓度梯度,因此扩散的数量级更慢。提供反向偏压的外部电路可以帮助加速这种复合,因为它可以更快地中和迁移回 p 型材料的多余空穴,并去除迁移回 n 型材料的多余电子。假设这种空穴-电子复合或电荷中和在半导体-金属界面上基本上是瞬间发生的,因此如果外部电流可以在反向偏压下提供和去除电子,它将比“正常”的空穴-电子复合快得多率在半导体的主体。这就是为什么在反向恢复期间可能会有巨大的反向电流。
我对1N4007 二极管与 1N4148 的反向恢复时间进行了一些模拟:
该演示显示二极管在方波下切换,并显示 1N4007 需要几微秒才能完全关闭!
(另请参阅题为“半导体二极管中的复合时间”的 PDF 。)
如果二极管正向偏置并且您想将其关闭,则需要一段时间才能消除流过结的自由载流子(电子必须回到 n 区,空穴必须回到 p 区,然后它们才能重新结合分别在阳极和阴极)。该时间称为“反向恢复时间”,流经二极管的总电流为负,因为载流子的流动方向与正向偏置相反。在反向恢复时间内流动的电荷称为“反向恢复电荷”,二极管必须先将其熄灭(从反向偏置到中性状态“恢复”),然后才能将其打开。最后,反向恢复现象取决于硅的掺杂和几何形状,并且是二极管中的寄生效应,因为过程中涉及的能量会丢失。
二极管将其状态从正向偏置(ON 状态)切换到 OFF 状态所需的时间称为“反向恢复时间”。当二极管正向偏置并且您将其关闭时,需要一段时间才能完全关闭;此时,二极管首先会达到反向偏置状态,然后慢慢达到关断状态,而不是直接达到关断状态。在此期间,电子返回 n 区,质子返回 p 区以达到关闭状态,流过二极管的总电流为负,因为载流子的流动方向与正向偏置相反。在反向恢复期间流动的电荷称为“反向恢复电荷”。