低頻下,二極體可以按照《Lec 9- 二極體的靜態特性and應用大總結》中講到的模型來考慮,按照應用場景採用簡化模型還是複雜模型,但是當高頻信號加載在二極體上時,就要考慮二極體的動態特性了。
1、仿真現象
這裡還是通過仿真先看一個之前介紹過的半波整流電路,這裡我們加了一個實際的二極體1N4007的spice模型。我們先把輸入正弦波的頻率設置為50Hz。
從仿真結果看,滿足我們的要求,正嚮導通反向截止。
但是當我們把輸入正弦波的頻率設置為1MHz時,
從仿真結果可以看出有比部分反向電壓也到達了輸出端,說明在高頻時二極體並沒有嚴格的執行單向導電特性。這個是什麼原理呢?
2、理論分析
二極體的單向導電特性並不十分理想,這是因為二極體的本質是有P型半導體和N行半導體接觸形成的PN結(這裡不再將空穴,載流子這些微觀的東西)。PN結除了構成單向導電的二極體外,還存在一個結電容。不同工藝結構可以使結電容的大小不一樣。點接觸的PN結,可以減小結電容,但是會降低二極體的通流能力。反之,面接觸的PN結,通流能力強,但結電容更大。
結電容對二極體當然不是什麼好事,這實際上使二極體可以流過一定量的反向電荷。實際二極體需要一段時間來「恢復」反向阻斷能力,圖trr稱為反向恢復時間(reverse recovory)。下圖為1MHz時的那個半波整流的電流曲線,反向電流持續的時間就是trr。
在trr這段時間二極體是反嚮導通的,可以想像如果加載在二極體上的信號周期T與trr在數量級上可比擬的話,二極體的實際效果是「全通」的。所以,反向恢復時間trr決定了二極體可適用的電路頻率場合。
注意:從反向電流最低點到恢復零點的時間是非常小的,由於U= L dI/dt,如果線路中存在寄生電感,那麼就會產生一個尖峰電壓,擊穿二極體。所以,我們希望trr越小,同時tf佔的比重越大越好。
3、小結
①由於結電容的存在,二極體在高頻時就要考慮動態特性,也就是反向電流;
②當反向電流恢復時間trr在信號周期T中佔的比例過大的畫,二極體的單向導電性就不再適用了,所以我們希望trr越小越好
③由於反向恢復電流容易產生尖峰電壓,所以我們希望tf在trr中佔的比重越大越好。