二极管反向恢复过程详解：原理与影响因素

二极管反向恢复过程详解：原理与影响因素

二极管的反向恢复过程是电子元件工作原理中的一个重要概念。当二极管从正向导通状态突然切换到反向截止状态时，不会立即完全截止，而是会经历一个反向恢复过程。这个过程包括存储时间（ts）和渡越时间（tt），总称为反向恢复时间（tre）。

在上图所示的硅二极管电路中，当输入电压从+VF突然变为-VR时，二极管并不会立刻转为截止。相反，它会先由正向电流IF变到一个很大的反向电流IR=VR／RL，这个电流维持一段时间ts后才开始逐渐下降，再经过tt后，下降到一个很小的数值0.1IR，这时二极管才进入反向截止状态。

这个现象的根本原因是电荷存储效应。当二极管外加正向电压VF时，载流子（空穴和电子）会不断扩散并存储在PN结两侧。当外加正向电压时，P区空穴向N区扩散，N区电子向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。

当输入电压突然由+VF变为-VR时，P区存储的电子和N区存储的空穴不会马上消失，但它们将通过两个途径逐渐减少：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；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RL相比可以忽略，所以此时反向电流IR=（VR＋VD）/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tt，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。

二极管和一般开关的不同在于，“开”与“关”由所加电压的极性决定，而且“开”态有微小的压降V f，“关”态有微小的电流i0。当电压由正向变为反向时，电流并不立刻成为（- i0），而是在一段时间ts内，反向电流始终很大，二极管并不关断。

经过ts后，反向电流才逐渐变小，再经过tf时间，二极管的电流才成为（- i0），ts称为储存时间，tf称为下降时间。tr= ts+ tf称为反向恢复时间，以上过程称为反向恢复过程。这实际上是由电荷存储效应引起的，反向恢复时间就是存储电荷耗尽所需要的时间。该过程使二极管不能在快速连续脉冲下当做开关使用。如果反向脉冲的持续时间比tr短，则二极管在正、反向都可导通，起不到开关作用。