二極管電容和反向恢復時間

除了上面的伏安特性曲線以外，對于二極管，你還需要知道兩個特性：二極管電容和反向恢復時間。這兩個特性掌握了之后，那對于通常的二極管來說，你該知道的基本上就算都知道了。

1.?? 二極管電容

如果你一輩子只做低頻領域，那可以不管二極管電容。但那幾乎是不可能的，隨著現(xiàn)在電子電路和MCU芯片的主頻越來越高，總會碰上中頻和高頻情況的。

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。

當你電路的工作頻率高到一定程度以后，即使是最基本的電阻也是靠不住的，也會隨頻率發(fā)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(fā)生性能變化，統(tǒng)統(tǒng)都要在設計時予以考慮。影響元器件高頻性能的主要原因，是元器件上固有的寄生電容和電感（任何器件都不可能是完美的，有的器件以寄生電容影響為主，有的器件以寄生電感影響為主，還有的兩種都要考慮）。由于這些寄生電容和電感非常微小，在中低頻時可以忽略不計，但在高頻時就會顯現(xiàn)出影響。

對于二極管來說，寄生電容的影響比較大，所以要稍微了解一下。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(qū)，一邊是正電荷，一邊是負電荷，而耗盡區(qū)內沒有載流子，可視為一種絕緣體，如此就構成了一個基本的電容結構，這個電容就稱為勢壘電容CT。這個電容的值不是很大，一般為幾個皮法級，且會隨著反偏電壓的增大略微減小。

（2） 擴散電容

當二極管正偏電壓較小時，耗盡區(qū)兩邊的載流子會由于電源的壓迫而注入耗盡區(qū)。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，但其間卻沒有電流通過，這個過程就好像是給一個虛擬的電容充電一樣，這個等效電容就稱為擴散電容CD。擴散電容只有在正偏時才有，反偏時沒有。

同前面的PN結原理一樣，我們也不一定要去深究這兩種電容的產生機理，只要知道其外部表現(xiàn)就可以了，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

由于二極管中p區(qū)和n區(qū)的載流子不同，當二級管處于正偏且導通狀態(tài)時，如果外加電壓突然切換到反偏狀態(tài)，此時電流不會突然截止，而是會突然反轉，并且持續(xù)反向導通一段時間，然后才截止，這個時間稱為反向恢復時間（reverse recovery time），記作trr。其產生的原因如下：

我們在1-2節(jié)講過，在正偏時，n區(qū)的自由電子到達p區(qū)后，會與p區(qū)的空穴復合，然后在價帶中一路運動到電源正極，此時p區(qū)的價帶中存在著大量的從n區(qū)過來的活躍的價帶電子。當外加電壓突然反偏后，這些數(shù)量眾多的活躍價帶電子受外電源電場力的驅使，也會突然向反方向運動，然后輕易穿過PN結，從而形成一個反向的電流。這個反向電流會持續(xù)一段時間，直到p區(qū)中的那些活躍的價帶電子全部回到n區(qū)為止。此時，p區(qū)中的電子重新變?yōu)樯贁?shù)載流子，僅能維持一個微弱的反偏電流。相對應的，n區(qū)中空穴的情況也是類似，這里不再贅述。

同前面的二極管電容一樣，我們不一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(xiàn)就可以了。反向電流的幅值和持續(xù)時間見下圖所示：

圖 1-5.02?

在 t=0 時刻，外加電壓由正偏轉為反偏，此時二極管電流也立刻反轉，并且會持續(xù)一個時間tS（storage time），然后電流逐漸變小，這個電流逐漸變小的時間記為tt（transition interval），反向恢復時間 trr是這兩者之和。高速二極管的反向恢復時間一般為幾個納秒數(shù)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正大體在同一個數(shù)量級，具體多大取決于正偏電壓和反偏電壓的大小。