二極管的反向恢復過程

(相關資料圖)

一、二極管的反向恢復過程

在下圖的電路中，V上輸入如下的電壓波形：

則二極管上的電流波形如下：

可以看到，當通入正向電壓時，二極管導通，二極管上的電流為I1，當通入的電壓突然反向時，二極管上的電流也瞬間反向了，隨后才變小，進而進入反向截止狀態。這個現象就叫二極管的反向恢復。反向電流保持不變的這段時間稱為儲存時間ts，反向電流由I2下降到0.1I2所需的時間稱為下降時間tf。儲存時間和下降時間之和（ts+tf）稱為反向恢復時間。二極管反向截止后還存在的電流被稱為二極管的反向漏電流IR。

二、二極管反向恢復現象的解釋

在二極管的PN節上，當外加正向電壓時，P區的空穴向N區擴散，N區的電子向P區擴散，這樣，不僅使勢壘區（耗盡區）變窄，而且使載流子有相當數量的存儲，在Ｐ區內存儲了電子，而在Ｎ區內存儲了空穴 ，它們都是非平衡少數載流子，如下圖所示。

空穴由Ｐ區擴散到Ｎ區后，并不是立即與Ｎ區中的電子復合而消失，而是在一定的路程LP（擴散長度）內，一方面繼續擴散，一方面與電子復合消失，這樣就會在LP范圍內存儲一定數量的空穴，并建立起一定空穴濃度分布，靠近結邊緣的濃度最大，離結越遠，濃度越小 。正向電流越大，存儲的空穴數目越多，濃度分布的梯度也越大。電子擴散到Ｐ區的情況也類似，下圖為二極管中存儲電荷的分布。

我們把正向導通時，非平衡少數載流子積累的現象叫做電荷存儲效應。

當輸入電壓突然由正向變為反向時Ｐ區存儲的電子和Ｎ區存儲的空穴不會馬上消失，但它們將通過下列兩個途徑逐漸減少：

① 在反向電場作用下，Ｐ區電子被拉回Ｎ區，Ｎ區空穴被拉回Ｐ區，形成反向漂移電流IR，如下圖所示；

②與多數載流子復合。

在這些存儲電荷消失之前，ＰＮ結仍處于正向偏置，即勢壘區仍然很窄，ＰＮ結的電阻仍很小，與電路中的負載電阻相比可以忽略，所以此時反向電流IR=（反向電壓VR＋VD）/負載電阻RL。VD表示ＰＮ結兩端的正向壓降，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。

經過時間ts后Ｐ區和Ｎ區所存儲的電荷已顯著減小，勢壘區逐漸變寬，反向電流IR逐漸減小到正常反向飽和電流的數值，經過時間tf，二極管轉為截止。

由上可知，二極管在開關轉換過程中出現的反向恢復過程，實質上由于非平衡少數載流子的電荷存儲效應引起的，反向恢復時間就是存儲電荷消失所需要的時間。