PN結(jié)二極管通常用于制造電氣開關(guān)。詳情請看下圖。

　　在正向偏置狀態(tài)，即導(dǎo)通狀態(tài)，小的外加電壓可以產(chǎn)生大的電流；在反向偏置狀態(tài)，即關(guān)斷狀態(tài)，PN結(jié)中只存在很小的電流。

　　我們感興趣的開關(guān)電路參數(shù)是電路的開關(guān)速度。以下內(nèi)容將定性討論二極管的開關(guān)瞬態(tài)和電荷的存儲效應(yīng)。在沒有任何數(shù)學(xué)推導(dǎo)的情況下，簡單地給出了描述切換時間的表達(dá)式。

　　二極管的作用:

　　通過利用二極管正向和反向電流之間的巨大差異，可以將二極管用作開關(guān)。

　　當(dāng)開關(guān)K轉(zhuǎn)到A時，二極管處于正向，電流很大，意味著連接電源和連接負(fù)載的外回路的開關(guān)閉合，回路處于導(dǎo)通狀態(tài)(開路狀態(tài))；

　　當(dāng)開關(guān)K轉(zhuǎn)到B時，二極管反向，反向電流很小，相當(dāng)于外環(huán)的開關(guān)關(guān)斷，環(huán)路處于關(guān)斷狀態(tài)。

　　V1為施加的電源電壓，VJ為二極管的正向壓降，硅管VJ約為0.7V，鍺管VJ約為0.25V，RL為負(fù)載電阻。

　　在開路狀態(tài)下，流經(jīng)負(fù)載的穩(wěn)態(tài)電流為I1:

　　通常VJ比V1小得多，因此上述公式可以近似寫成:

　　在關(guān)斷狀態(tài)下，流經(jīng)負(fù)載的電流是二極管的反向電流IR。

　　假設(shè)所施加脈沖的波形如圖(a)所示，流過二極管的電流如圖(b)所示。

　　在導(dǎo)通過程中，二極管的P區(qū)向N區(qū)輸送大量空穴，N區(qū)向P區(qū)輸送大量電子。隨著時間的延長，N區(qū)的空穴和P區(qū)的電子不斷增加，直至停止在穩(wěn)態(tài)。在穩(wěn)態(tài)下，流入N區(qū)的空穴數(shù)正好等于N區(qū)復(fù)合的空穴數(shù)，流入P區(qū)的電子數(shù)正好等于P區(qū)復(fù)合的電子數(shù)，達(dá)到動態(tài)平衡，流過P-N結(jié)的電流為常數(shù)I1。

　　隨著勢壘區(qū)邊界上空穴和電子密度的增加，pn結(jié)上的電壓逐漸上升，在穩(wěn)態(tài)下為VJ。此時，二極管工作在導(dǎo)通狀態(tài)。

　　當(dāng)加在外部電路上的正脈沖在某一時刻跳到負(fù)脈沖時:

　　正向時，每個區(qū)域積累的大量少數(shù)載流子會被反向偏置電壓拉回到原來的區(qū)域。開始時，流經(jīng)pn結(jié)的反向電流非常大。一段時間后，原來積累的一些載流子通過復(fù)合被拉回到原來的區(qū)域，反向電流恢復(fù)到正常的反向漏電流值IR。

　　正向?qū)〞r少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象稱為電荷存儲效應(yīng)。二極管的反向恢復(fù)過程是由電荷存儲引起的。反向電流保持恒定的時間稱為存儲時間ts。ts后，pn結(jié)上的電流達(dá)到反向飽和電流IR，pn結(jié)達(dá)到平衡。流過pn結(jié)的反向電流從I2下降到0.1 I2所需的時間定義為下降時間tf。存儲時間和下降時間之和為(ts+tf)，稱為pn結(jié)關(guān)斷時間(即反向恢復(fù)時間)。

　　反向恢復(fù)時間限制了二極管的開關(guān)速度。

　　(1)如果脈沖持續(xù)時間遠(yuǎn)大于二極管反向恢復(fù)時間，那么負(fù)脈沖可以完全關(guān)斷二極管，起到良好的開關(guān)作用；

　　(2)如果脈沖持續(xù)時間類似于甚至短于二極管的反向恢復(fù)時間，則由于反向恢復(fù)過程的影響，負(fù)脈沖不能關(guān)斷二極管。

　　因此，要保持良好的開關(guān)效果，脈沖持續(xù)時間不能太短，也就是說脈沖重復(fù)頻率不能太高，這就限制了開關(guān)速度。

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