初級模擬電路：1-5 二極管的其餘特性

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      除了上面的伏安特性曲線之外，對於二極管，你還須要知道兩個特性：二極管電容和反向恢復時間。這兩個特性掌握了以後，那對於一般的二極管來講，你該知道的基本上就算都知道了。

 

1.   二極管電容

      若是你一生只作低頻領域，那能夠無論二極管電容。但那幾乎是不可能的，隨着如今電子電路和MCU芯片的主頻愈來愈高，總會碰上中頻和高頻狀況的。

      重要的事情說三遍：

      任何的電子器件都是對頻率敏感的。

      任何的電子器件都是對頻率敏感的。

      任何的電子器件都是對頻率敏感的。

      當你電路的工做頻率高到必定程度之後，即便是最基本的電阻也是靠不住的，也會隨頻率發生一些性能上的變化。那些你平時不用考慮的：電源、開關、甚至導線，在高頻下都會發生性能變化，通通都要在設計時予以考慮。影響元器件高頻性能的主要緣由，是元器件上固有的寄生電容和電感（任何器件都不多是完美的，有的器件以寄生電容影響爲主，有的器件以寄生電感影響爲主，還有的兩種都要考慮）。因爲這些寄生電容和電感很是微小，在中低頻時能夠忽略不計，但在高頻時就會顯現出影響。

      對於二極管來講，寄生電容的影響比較大，因此要稍微瞭解一下。在二級管中，存在兩種電容效應，分別是：勢壘電容（transition capacitance）和擴散電容（diffusion capacitance）。

 

（1） 勢壘電容

      在二極管PN結的耗盡區，一邊是正電荷，一邊是負電荷，而耗盡區內沒有載流子，可視爲一種絕緣體，如此就構成了一個基本的電容結構，這個電容就稱爲勢壘電容C_T。這個電容的值不是很大，通常爲幾個皮法級，且會隨着反偏電壓的增大略微減少。

 

（2） 擴散電容

      當二極管正偏電壓較小時，耗盡區兩邊的載流子會因爲電源的壓迫而注入耗盡區。在二級管還沒導通時，從外部看上去就像是PN結的兩邊被注入了載流子，但其間卻沒有電流經過，這個過程就好像是給一個虛擬的電容充電同樣，這個等效電容就稱爲擴散電容C_D。擴散電容只有在正偏時纔有，反偏時沒有。

      同前面的PN結原理同樣，咱們也不必定要去深究這兩種電容的產生機理，只要知道其外部表現就能夠了，其電容隨外部偏置電壓變化的曲線見下圖所示：

圖 1-5.01 

 

2.   反向恢復時間

      因爲二極管中p區和n區的載流子不一樣，當二級管處於正偏且導通狀態時，若是外加電壓忽然切換到反偏狀態，此時電流不會忽然截止，而是會忽然反轉，而且持續反向導通一段時間，而後才截止，這個時間稱爲反向恢復時間（reverse recovery time），記做t_rr。其產生的緣由以下：

      咱們在1-2節講過，在正偏時，n區的自由電子到達p區後，會與p區的空穴複合，而後在價帶中一路運動到電源正極，此時p區的價帶中存在着大量的從n區過來的活躍的價帶電子。當外加電壓忽然反偏後，這些數量衆多的活躍價帶電子受外電源電場力的驅使，也會忽然向反方向運動，而後輕易穿過PN結，從而造成一個反向的電流。這個反向電流會持續一段時間，直到p區中的那些活躍的價帶電子所有回到n區爲止。此時，p區中的電子從新變爲少數載流子，僅能維持一個微弱的反偏電流。相對應的，n區中空穴的狀況也是相似，這裏再也不贅述。

      同前面的二極管電容同樣，咱們不必定要去深究反向恢復時間的詳細的原子級產生機理，只要知道其外部表現就能夠了。反向電流的幅值和持續時間見下圖所示：

圖 1-5.02 

      在 t=0 時刻，外加電壓由正偏轉爲反偏，此時二極管電流也馬上反轉，而且會持續一個時間t_S（storage time），而後電流逐漸變小，這個電流逐漸變小的時間記爲t_t（transition interval），反向恢復時間 t_rr是這二者之和。高速二極管的反向恢復時間通常爲幾個納秒數量級，普通低速二極管不標反向恢復時間。反向電流I_反與I_正大致在同一個數量級，具體多大取決於正偏電壓和反偏電壓的大小。

     

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