二極管的開關(guān)特性
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，此時(shí)器件的阻抗很小，相當(dāng)于短路；第二種狀態(tài)是斷開，此時(shí)器件的阻抗很大，相當(dāng)于開路。
在數(shù)字系統(tǒng)中，晶體管基本上工作于開關(guān)狀態(tài)。對(duì)開關(guān)特性的研究，就是具體分析晶體管在導(dǎo)通和截止之間的轉(zhuǎn)換問題。晶體管的開關(guān)速度可以很快，可達(dá)每秒百萬次數(shù)量級(jí)，即開關(guān)轉(zhuǎn)換在微秒甚至納秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)完成。
二極管的開關(guān)特性表現(xiàn)在正向?qū)ㄅc反向截止這樣兩種不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程。二極管從反向截止到正向?qū)ㄅc從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂瓜啾人璧臅r(shí)間很短，一般可以忽略不計(jì)，因此下面著重討論二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂沟霓D(zhuǎn)換過程。
一、二極管從正向?qū)ǖ浇刂褂幸粋€(gè)反向恢復(fù)過程
在上圖所示的硅二極管電路中加入一個(gè)如下圖所示的輸入電壓。在0―t1時(shí)間內(nèi)，輸入為+VF，二極管導(dǎo)通，電路中有電流流通。
設(shè)VD為二極管正向壓降（硅管為0.7V左右），當(dāng)VF遠(yuǎn)大于VD時(shí)，VD可略去不計(jì)，則
在t1時(shí)，V1突然從+VF變?yōu)?VR。在理想情況下 ，二極管將立刻轉(zhuǎn)為截止，電路中應(yīng)只有很小的反向電流。但實(shí)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(gè)很大的反向電流IR=VR／RL，這個(gè)電流維持一段時(shí)間tS后才開始逐漸下降，再經(jīng)過tt后 ，下降到一個(gè)很小的數(shù)值0.1IR，這時(shí)二極管才進(jìn)人反向截止?fàn)顟B(tài)，如下圖所示。
通常把二極管從正向?qū)ㄞD(zhuǎn)為反向截止所經(jīng)過的轉(zhuǎn)換過程稱為反向恢復(fù)過程。其中tS稱為存儲(chǔ)時(shí)間，tt稱為渡越時(shí)間，tre=ts+tt稱為反向恢復(fù)時(shí)間。
由于反向恢復(fù)時(shí)間的存在，使二極管的開關(guān)速度受到限制。
二、產(chǎn)生反向恢復(fù)過程的原因——電荷存儲(chǔ)效應(yīng)
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是由于二極管外加正向電壓VF時(shí)，載流子不斷擴(kuò)散而存儲(chǔ)的結(jié)果。當(dāng)外加正向電壓時(shí)Ｐ區(qū)空穴向Ｎ區(qū)擴(kuò)散，Ｎ區(qū)電子向Ｐ區(qū)擴(kuò)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(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)載流于，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+VF變?yōu)?VR時(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，但它們將通過下列兩個(gè)途徑逐漸減少：
?、?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(fù)合。
在這些存儲(chǔ)電荷消失之前，ＰＮ結(jié)仍處于正向偏置，即勢壘區(qū)仍然很窄，ＰＮ結(jié)的電阻仍很小，與RL相比可以忽略，所以此時(shí)反向電流IR=（VR＋VD）/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)過時(shí)間tt
，二極管轉(zhuǎn)為截止。
由上可知，二極管在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的反向恢復(fù)過程，實(shí)質(zhì)上由于電荷存儲(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。
三、二極管的開通時(shí)間
二極管從截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ㄋ璧臅r(shí)間稱為開通時(shí)間。
這個(gè)時(shí)間同反向恢復(fù)時(shí)間相比是很短的。這是由于ＰＮ結(jié)在正向偏壓作用下，勢壘區(qū)迅速變窄，有利于少數(shù)載流子的擴(kuò)散，正向電阻很小，因而它在導(dǎo)通過程中及導(dǎo)通以后，其正向壓降都很小，比輸入電壓VF小得多，故電路中的正向電流 IF=VR／RL ，它由外電路的參數(shù)決定，而幾乎與二極管無關(guān)。因此，只要電路在t=0時(shí)加入+VF的電壓
，回路的電流幾乎是立即達(dá)到 VF／RL。這就是說 ，二極管的開通時(shí)間是很短的，它對(duì)開關(guān)速度的影響很小，可以忽略不計(jì)。
評(píng)論