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晶体二极管的开关特性

2011-4-16 19:04| 发布者: weixiu| 查看: 191| 评论: 0

摘要: 一、静态特性 二极管的静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。 1. 正向特性  门槛电压( UTH ): 使二极管开始导通的正向电压,有时又称为导通电压(一般锗管约0.1V,硅管约0.5V). 正向特性: ...

一、静态特性

二极管的静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。

1. 正向特性

门槛电压( UTH ): 使二极管开始导通的正向电压,有时又称为导通电压(一般锗管约0.1V,硅管约0.5V).

正向特性:

※ 正向电压 UF≤UTH :管子处于截止状态,电阻很大、正向电流IF接近于0,二极管类似于开关的断开状态 ;

※ 正向电压UF =UTH :管子开始导通,正向电流 IF 开始上升;当正向电压UF >UTH达到一定值(一般锗管为0.3V,硅管为0.7V)时,管子处于充分导通状态,电阻变得很小,正向电流IF 急剧增加,此时二极管类似于开关的接通状态。

2. 反向特性 

※ 二极管的反向特性表现为在反向电压UR作用下,二极管处于截止状态,此时反向电阻很大,反向电流IR很小,将其称为反向饱和电流,用IS表示,通常可忽略不计,此时二极管的状态类似于开关断开,而且反向电压的变化基本不引起反向电流的变化。

※ 当反向电压超过极限值UBR时,二极管被击穿。

由于二极管具有上述的单向导电性,所以在数字电路中经常把它当作开关使用。

图3.2(a)给出了二极管组成的开关电路图,图(b)所示为二极管导通状态下的等效电路,图(c)所示为二极管在截止状态下的等效电路,图中忽略了二极管的正向压降。

图3.2 二极管组成的开关电路图及其等效电路

使用注意事项:

☆ 由于正向导通时可能因流过的电流过大而导致二极管烧坏,所以,组成实际电路时通常要串接一只电阻R,以限制二极管的正向电流;

☆ 由于反向电压超过某个极限值将使反向电流IR突然猛增,致使二极管被击穿(通常将该反向电压极限值称为反向击穿电压UBR),一般不允许反向电压超过此值。

二、动态特性

二极管的动态特性是指二极管在导通与截止两种状态转换过程中的特性,它表现在完成两种状态之间的转换需要一定的时间。

1. 反向恢复时间

反向恢复时间:二极管从正向导通到反向截止所需要的时间称为反向恢复时间。

当作用在二极管两端的电压由正向导通电压UF转为反向截止电压UR时,在理想情况下二极管应该立即由导通转为截止,电路中只存在极小的反向电流。但实际过程如图3.3所示,当对图3.3(a)所示二极管开关电路加入一个如图3.3(b)所示的输入电压时 ,电路中电流变化过程如图3.3(c)所示。

图3.3 二极管的动态特性 图中:

0~t1时刻,输入正向导通电压UF,二极管导通,由于二极管导通时电阻很小,所以电路中的正向电流IF基本取决于输入电压和电阻R,即IF≈UF/R。

t1时刻,输入电压由正向电压UF转为反向电压UR,在理想情况下二极管应该立即截止,电路中只有极小的反向电流。但实际情况是先由正向的IF变到一个很大的反向电流IR≈UR/R,该电流维持一段时间ts后才开始逐渐下降,经过一段时间tt后下降到一个很小的数值0.1IR(接近反向饱和电流IS),这时二极管才进入反向截止状态。其中,

ts -- 称为存储时间;

tt -- 称为渡越时间;

tre=ts+tt称为反向恢复时间。

产生反向恢复时间tre的原因?

由于二极管外加正向电压UF时,PN结两边的多数载流子不断向对方区域扩散,这不仅使空间电荷区变窄,而且有相当数量的载流子存储在PN结的两侧。正向电流越大,P区存储的电子和N区存储的空穴就越多。当输入电压突然由正向电压UF变为反向电压UR时,PN结两边存储的载流子在反向电压作用下朝各自原来的方向运动,即P区中的电子被拉回N区,N区中的空穴被拉回P区,形成反向漂移电流IR,由于开始时空间电荷区依然很窄,二极管电阻很小,所以反向电流很大,IR≈UR/R。经过时间ts后,PN结两侧存储的载流子显著减少,空间电荷区逐渐变宽,反向电流慢慢减小,直至经过时间tt后,IR减小至反向饱和电流IS,二极管截止。该过程如图3.4所示。

图3.4 PN结的反向恢复过程

2.开通时间

开通时间:二极管从反向截止到正向导通的时间称为开通时间。

由于PN结在正向电压作用下空间电荷区迅速变窄,正向电阻很小,因而它在导通过程中及导通以后,正向压降都很小,故电路中的正向电流IF≈UF/R。而且加入输入电压UF后,回路电流几乎是立即达到IF的最大值。这就是说,二极管的开通时间很短,对开关速度影响很小。

相对反向恢复时间而言以致可以忽略不计。影响二极管开关速度的主要因素是反向恢复时间。


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