(资料图片仅供参考)
我们都知道,在理想情况下,给二极管施加正向电压,二极管导通,给二极管施加反向电压二极管截止,实际上真的如此吗?下面来详细介绍一下。
前面文章介绍过,对二极管施加正向电压,正向电压形成的外部电场和内电场方向相反,内部电场受到外部电场“挤压”,削弱了内部电场,促进了自由电子向P区扩散,也就是说自由电子更容易从N区进入P区,进入P区的电子在PN结附近浓度高,远离PN结的浓度低,同样道理进入N区的空穴聚集在PN结附近,如下图所示,浓度都是靠近PN结浓度大,在正向偏置电压不变的情况下,达到一种平衡态,存储了一定量的电荷。
当PN结两端的电压突然反向时,PN附近积累的电荷需要释放,电荷移动就形成了电流,因此电压反向时,二极管不会立即截止,而是由正向电流变为一个很大的反向电流,反向电流会维持一个很短的时间之后二极管进入截止状态。下面是一个电路拓扑,结合此电路详细介绍一下二极管两端电压反向时的状态。
S是个理想的开关(开关管),当S断开时,恒流源和二极管形成回路电流IL,此时S闭合,二极管两端电压反向逐渐进入截止状态。S刚闭合时,二极管电流逐渐下降,在t0时刻正向电流下降为0,之后电流反向增大,tw时刻二极管开始逐渐截止,二极管两端电压反向增加。tirm时刻反向电流达到最大值IRRM,之后逐渐减小。Trr代表二极管反向恢复时间,从t0时刻开始至电流下降至IRRM的20%(有的厂家标称25%或10%)的时间差。
从上面的曲线中可以看出当二极管从正向导通进入反向截止的时候,存在一个Trr时间,这个时间内二极管是反向导通的,在这个时间段内,既有反向电压也有反向电流,也就是说这个时间段是由功率损耗的,虽然这个时间很短,但是如果二极管频繁开关,二极管的发热也是很可观的。另外快速开关的二极管,电流和电压变化剧烈,产生的电磁干扰剧烈,敏感器件应当敬而远之。
下面的电路是拓扑图的一个应用实例,双脉冲试验电路,使用此电路可以测量二极管的反向恢复时间。
这个电路图的工作原理如下图所示,当开关管断开时,右侧的电感和二极管形成电流环路,二极管正向导通,当开关管闭合时,二极管两端电压突然反向,二极管进入反向恢复期,同时右侧电感被充电。有个特点就是开关管闭合的时间长,断开的时间短。现在只需要测量二极管的反向电流下降至20%峰值时的时间即可计算出二极管的反向恢复时间。结合下面的曲线图能够很直观的理解电路原理。
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