【干货】二极管的反向恢复过程

理想二极管工作原理是，在给二极管加正向偏置电压的时候，二极管正向导通，导通内阻非常小，当施加的电压反过来，也就是施加反向偏置电压的时候，二极管截止，从而阻断线路中的电流。

然而，实际的二极管器件并不能像理想二极管那样完美的工作，它在正向偏置电压瞬间变为反向偏置电压的时候，并不能立刻恢复到截止状态，这里存在一个逐渐转变的过程，这个过程我们称之为反向恢复过程。

1. 反向恢复过程

通常我们把二极管从正向导通转为反向截止所经过的转换过程称为反向恢复过程。其中 ts 称为存储时间，tt 称为渡越时间，tre = ts + tt 称为反向恢复时间。

由于反向恢复时间的存在，使二极管的开关速度受到限制。

在上图1 中的硅二极管电路中加入一个输入电压 V1 。在时间 t0 - t1 过程中，输入为+VF，二极管处于导通状态，电路回路中有电流流过。

假设此时的VD 为二极管正向压降（硅管为0.7V左右，锗管为 0.3 左右），一般情况下 VF 远大于VD 时，则 IF ≈ VF / RL。

按照图 2 所示的波形，在 t1 时刻给定一个-VR 电压。也就是在 t1 时，V1 突然从+VF 变为-VR 。

在理想情况下 ，二极管将立刻转为截止状态，电路中应该只有很小的反向漏电流。

但实际情况是，二极管并不能立刻截止，而是先由正向的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，也就是最终的反向漏电流，这时二极管才进入反向截止状态，如下图 3所示。

2. 产生反向恢复过程的原因

由于二极管外加正向电压时，载流子不断扩散而存储了大量的电荷，因此导致了反向恢复存在一个过程。

当外加正向电压时，Ｐ区的空穴向Ｎ区扩散，Ｎ区的电子向Ｐ区扩散。这样，不仅使势垒区（耗尽区）变窄，而且载流子有相当数量的剩余存储，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，如下图4 所示。

空穴由Ｐ区扩散到Ｎ区后，并不是立即与Ｎ区中的电子复合而消失，而是在一定的扩散长度内，一边继续扩散，一边与电子复合消失。

这样就会在扩散长度的范围内存储一定数量的空穴，并形成一定空穴浓度分布，靠近结边缘的浓度最大，离结越远，浓度越小 。

正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。

电子扩散到Ｐ区的情况也类似，下图为二极管中存储电荷的分布示意图。

我们把正向导通时，非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。

这里跟我们之前讲过的二极管的电容效应中的扩散电容道理是一样的，可以点击查看以前的文章。

【干货】二极管的电容效应

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，而是通过以下两个途径逐渐减少：

① 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，如图 6所示；

② 与载流子复合，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 / RL（VR >> VD ）。

在这段期间，IR 基本上保持不变，主要由VR 和RL 所决定。

在经过时间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。

所以，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。