二极管的开关特性解析

由模拟电路所学可知，二极管只有正向导通和反向截止两种状态，它的开关特性就表现在两种状态之间的转换。若输入脉冲信号Ui如图2.1（a）所示，则流过二极管的电流i的波形如图2.1（b）所示，可见电流i的变化滞后于输入电压Ui的变化。

图2.1　二极管开关特性

由于二极管由PN结组成，所以当外加输入信号突变时，空间电荷区的电荷有一个积累和释放的过程，如同电容器的充、放电一样，因此二极管由导通到截止及由截止到导通的过程都需要一定的时间。二极管所表现出的电容效应称为结电容效应。

二极管由截止到导通所需的时间称为开通时间。当外加电压由负向跳变为正向电压时，空间电荷区变薄，多子的扩散加强，少子的漂移减弱，PN结的势垒区变窄，结电阻变小，形成较大的正向电流。由于PN结内部要建立起足够的电荷梯度才开始形成正向扩散电流，因而正向导通电流的建立要稍滞后于输入电压正跳变的瞬时。动态情况下，这段时间很短，通常可以忽略不计。(https://www.xing528.com)

当外加电压由正向跳变为反向时，由于PN结内尚存在一定数量的存储电荷，所以有较大的瞬态反向电流，用IR表示：随着存储电荷的释放，反向电流逐渐减小并趋近于零，最后稳定在一个微小的数值，用Is表示，称为反向饱和电流。我们把反向电流从它的峰值衰减到它1/10值所经过的时间用Tr r表示，称为反向恢复时间，即二极管由导通到截止所需的时间，如图2.2所示。反向恢复时间对二极管的开关特性有很大的影响，它的长短与正向电流、反向电压和外电路电阻值等有关。

图2.2　二极管的反向恢复时间

通过以上分析我们可以知道：二极管由导通到截止及由截止到导通的过程都需要一定的时间，实质就是电荷的存储效应引起的。其中反向恢复时间对二极管的开关特性的影响较大。