详解二极管的反向恢复过程
二极管的反向恢复过程
一、二极管的反向恢复过程
在下图的电路中，v上输入如下的电压波形：
则二极管上的电流波形如下：
可以看到，当通入正向电压时，二极管导通，二极管上的电流为i1，当通入的电压突然反向时，二极管上的电流也瞬间反向了，随后才变小，进而进入反向截止状态。这个现象就叫二极管的反向恢复。反向电流保持不变的这段时间称为储存时间ts，反向电流由i2下降到0.1i2所需的时间称为下降时间tf。储存时间和下降时间之和（ts+tf）称为反向恢复时间。二极管反向截止后还存在的电流被称为二极管的反向漏电流ir。
二、二极管反向恢复现象的解释
在二极管的pn节上，当外加正向电压时，p区的空穴向n区扩散，n区的电子向p区扩散，这样，不仅使势垒区（耗尽区）变窄，而且使载流子有相当数量的存储，在ｐ区内存储了电子，而在ｎ区内存储了空穴 ，它们都是非平衡少数载流子，如下图所示。
空穴由ｐ区扩散到ｎ区后，并不是立即与ｎ区中的电子复合而消失，而是在一定的路程lp（扩散长度）内，一方面继续扩散，一方面与电子复合消失，这样就会在lp范围内存储一定数量的空穴，并建立起一定空穴浓度分布，靠近结边缘的浓度最大，离结越远，浓度越小 。正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。电子扩散到ｐ区的情况也类似，下图为二极管中存储电荷的分布。
我们把正向导通时，非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。
当输入电压突然由正向变为反向时ｐ区存储的电子和ｎ区存储的空穴不会马上消失，但它们将通过下列两个途径逐渐减少：
① 在反向电场作用下，ｐ区电子被拉回ｎ区，ｎ区空穴被拉回ｐ区，形成反向漂移电流ir，如下图所示；
②与多数载流子复合。
在这些存储电荷消失之前，ｐｎ结仍处于正向偏置，即势垒区仍然很窄，ｐｎ结的电阻仍很小，与电路中的负载电阻相比可以忽略，所以此时反向电流ir=（反向电压vr＋vd）/负载电阻rl。vd表示ｐｎ结两端的正向压降，一般 vr>>vd，即 ir＝vr／rl。在这段期间，ir基本上保持不变，主要由vr和rl所决定。
经过时间ts后ｐ区和ｎ区所存储的电荷已显著减小，势垒区逐渐变宽，反向电流ir逐渐减小到正常反向饱和电流的数值，经过时间tf，二极管转为截止。
由上可知，二极管在开关转换过程中出现的反向恢复过程，实质上由于非平衡少数载流子的电荷存储效应引起的，反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间。
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则二极管上的电流波形如下：
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空穴由ｐ区扩散到ｎ区后，并不是立即与ｎ区中的电子复合而消失，而是在一定的路程lp（扩散长度）内，一方面继续扩散，一方面与电子复合消失，这样就会在lp范围内存储一定数量的空穴，并建立起一定空穴浓度分布，靠近结边缘的浓度最大，离结越远，浓度越小 。正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。电子扩散到ｐ区的情况也类似，下图为二极管中存储电荷的分布。
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当输入电压突然由正向变为反向时ｐ区存储的电子和ｎ区存储的空穴不会马上消失，但它们将通过下列两个途径逐渐减少：
① 在反向电场作用下，ｐ区电子被拉回ｎ区，ｎ区空穴被拉回ｐ区，形成反向漂移电流ir，如下图所示；
②与多数载流子复合。
在这些存储电荷消失之前，ｐｎ结仍处于正向偏置，即势垒区仍然很窄，ｐｎ结的电阻仍很小，与电路中的负载电阻相比可以忽略，所以此时反向电流ir=（反向电压vr＋vd）/负载电阻rl。vd表示ｐｎ结两端的正向压降，一般 vr>>vd，即 ir＝vr／rl。在这段期间，ir基本上保持不变，主要由vr和rl所决定。
经过时间ts后ｐ区和ｎ区所存储的电荷已显著减小，势垒区逐渐变宽，反向电流ir逐渐减小到正常反向饱和电流的数值，经过时间tf，二极管转为截止。
由上可知，二极管在开关转换过程中出现的反向恢复过程，实质上由于非平衡少数载流子的电荷存储效应引起的，反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间。
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