二极管开关时间延迟原因分析

晶体二极管开关电路在数字体系和自动化体系里使用很普遍，在晶体二极管开关特点试验中，其开关转换过程当中输入与输出存在时候上的耽误或许滞后，研讨晶体二极管开关特点主如果研究其开关状况转换进程所需时候的长短。

MIcrosemi公司研制的DQ系列二极管拥有超倏地软复原等好处，极大地提高了晶体二极管的开关速率。跟着手艺的进展，新型的SiC肖特基势垒二极管与接纳Si或GaAS手艺的传统功率二极管相比，SiC肖特基二极管（SiC-SBD）可大幅下降开关消耗并进步开关频次。在AM-LCD中，用C60制造的势垒二极管作为有源矩阵的开关，其事情速率也很快。作为开关器件使历时，其由开到关或由关到开所需时候越短越好，是以，关于晶体二极管开关速率快慢的缘故原由需求举行当真阐发探究。在此基础上经由过程简洁的试验电路，根据晶体二极管的参数抉择适宜的脉冲旌旗灯号和负载，可以或许很清楚地观察到二极管开关转换进程时候的耽误。

二极管开关特点

在数字电子手艺门电路中，在脉冲旌旗灯号的感化下，二极管时而导通，时而截止，相当于开关的“接通”和“关断”。二极管由截止到守旧所用的时候称为守旧时候，由开通到截止所用的时候称为关断时候。研究其开关特点，便是阐发导通和截止转换快慢的题目，当脉冲旌旗灯号频次很高时，开关状况变迁的速度就高。作为一种开关器件，其开关的速率越快越好，然则二极管是由硅或锗等半导体资料经由过程非凡工艺制成的电子器件，有一个极限事情速率，当开关速率大于极限事情速率，二极管就不能失常事情。要使二极管平安靠得住倏地地事情，外界的脉冲旌旗灯号高下电平的转换频次要小于二极管开关的频次。

如图1所示，输出端施加一脉冲旌旗灯号Vi，其幅值为 V1和-V2。当加在二极管两头的电压为 V1，二极管导通；当加在二极管两头的电压为-V2，二极管截止，输出、输入波形如图2所示。二极管两头的电压由正向偏置 V1变成反向偏置-V2时，二极管其实不刹时截止，而是维持一段时候ts后，电流才开端减小，再经tf后，反向电流才即是动态特点上的反向漂移电流I0，其值很小。ts称为存贮时候，tf称为降低时候，ts tf=trr称为关断时候。二极管两头的电压由反向偏置-V2变成正向偏置 V1时，二极管也不是刹时导通，而是经由导通耽误时候和回升时候后才稳固导通，这段时候称为守旧时候。明显二极管的导通和截止时辰老是滞后加于其两头高、低电平的时辰。二极管从截止转为正领导通的守旧时候，与从导通转向截止时的关断时候相比很小，其对开关速率的影响很小，在阐发接头中首要思量关断时候的影响。

二极管开关时候耽误缘故原由阐发

在半导体中存在两种电流，因载流子浓度分歧构成的电流为散布电流，依托电场感化构成的电流为漂移电流。当把P型半导体和N型半导体接近，在两种半导体的打仗处，由于载流子浓度差就会发生按指数纪律衰减的散布活动。在散布过程当中，电子和空穴相遇就会复合，在交界处发生内电场，内电场会阻拦散布活动的举行，而促成漂移活动，终，散布活动和漂移活动达到静态均衡。当二极管两头外加电压产生变化时，一方面pn结宽窄变迁，势垒区内的檀越阴离子和受主阳离子数目会转变；另外一方面散布的多子和漂移的少子数目也会因电压变迁而转变。这类情形与电容的感化近似，分别用势垒电容和散布电容来暗示。当二极管两头外加正向电压时，它减弱PN结的内电场，散布活动增强，漂移活动削弱，散布和漂移的静态均衡被毁坏，散布活动大于漂移活动，效果致使P区的多子空穴流向N区，N区的多子电子流向P区，进入P区的电子和进入N区的空穴分手成为该区的少子，是以，在P区和N区的少子比无外加电压时多，这些多进去的少子称为非均衡少子。在正向电压感化下，P区空穴越过PN结，在N区的界限上举行积存，N区电子越过PN结，在P区的界限上举行积存，这些非均衡少子依托积存时浓度差在N区举行散布，构成必定的浓度梯度宣布，接近界限浓度高，阔别界限浓度低。空穴在向N区散布过程当中，部份与N区中的多子电子相遇而复合，间隔PN结界限越远，复合掉的空穴就越多。反之亦然，电子在向P区散布过程当中，部份电子与P区中的多子空穴相遇而复合，间隔PN结界限越远，复合掉的电子就越多。二极管正领导通时，非均衡少数载流子就会在界限邻近积存，发生电荷存储效应。

当输出电压俄然由高电平变成低电平时，P区存储的电子、N区存储的空穴不会刹时消逝，而是经由过程两个路子逐步缩小。首先在反向电场感化下，P区电子被拉回N区，N区空穴被拉回P区，构成反向漂移电流I0。其次与多半载流子复合而消逝。在这些存储电荷俄然消逝以前，PN结势垒区宽度稳定，依然很窄，以是此时反向电流较大并基本上坚持稳定，还要继续一段时候后，P区和N区所存储的电荷已显然缩小，势垒区才逐步变宽，再经由一段降低时候，反向电流逐步减小到失常反向饱和电流的数值I0，二极管截止，是以二极管关断时候又称为反向复原时候。当输出电压俄然由低电平变成高电平时，PN结将由宽变窄，势垒电容放电后二极管才会导通，导通时间比关断很短，能够疏忽，流过二极管的电流随散布存储电荷的增添而增添，慢慢达到稳固值。

二极管在开关转换过程当中涌现的开关时候耽误，实质上是因为PN结的电容效应所惹起，二极管的暂态开关进程便是PN结电容的充、放电进程。二极管由截止过渡到导通，相当于电容充电。二极管由导经由过程渡到截止，相当于电容放电。二极管结电容小，充、放电时间短，过渡进程短，则二极管的暂态开关特点就好，开关速率就快。耽误时候便是电容充放电荷所需求的时候，耽误时候的长短既决定于二极管自身的布局，也与内部电路无关。二极管PN结面积大，管内存储电荷就多，耽误时候就长。另外，内部电路所抉择的正向电流大，存储电荷就会多，则关断时候就大；反向电流大，存储电荷消逝得就快，则关断时候就小。为了进步开关速率，下降耽误时候，普通开关管结面积制造得比较小，使其存储电荷少，同时经由过程二极管外部的“掺金”，可以使存储电荷很快复合而消逝，减小耽误时候。

晶体二极管开关转换进程试验视察

为了视察二极管的开关特点，能够根据图1所示电路举行试验。起首肯定加于二极管两头的脉冲旌旗灯号，其幅值和周期要适宜，不然，就可能破费很长时候去调试能力观察到二极管的开关进程时候的耽误，另有大概致使二极管毁坏。抉择脉冲旌旗灯号要根据二极管的首要事情参数，如二极管正向事情电流，二极管反向事情电压，反向复原时候等。根据这些参数，肯定脉冲旌旗灯号的幅值。旌旗灯号周期的抉择一定要大于反向复原时候trr，拔取必定的负载连贯电路，经由过程双踪示波器来视察二极管开关转换时候的耽误，分手转变旌旗灯号周期和负载，记载屡次的试验效果，进一步阐发二极管开关转换进程耽误时候随脉冲旌旗灯号周期和内部负载变迁的瓜葛。耽误时候关于二极管结面积和负载电阻均存在极小值，在设想开关电路时，二极管结面积和负载电阻应当拔取该极值点对应的值，N区长度也存在值，理论上应为器件加载在所需临界击穿电压值并且恰好处于穿通状况时的长度值；P区和N区的长度没有太大的影响，但应稍大于各自的穿通长度，浓度则应尽可能高，N区搀杂浓度越低越好。

结语

晶体二极管的布局抉择了其作为开关使历时的特点，其在数字电子手艺门电路中门的关上和封闭时需求一段时候，分歧布局的管子其时候的长短是有差异的。跟着当代电子手艺的倏地进展，请求晶体二极管的开关速率越来越快，是以，对器件布局和事情电路的设想请求也越来越高，在研讨晶体二极管开关时候的耽误进程的试验中，输出旌旗灯号的周期、幅度、电路负载对耽误时候的视察影响较大，必定的开关电路惟独屡次的试验，能力清楚地观察到二极管的开关转换进程时候的耽误。