二极管电容和反向恢复时间

除了上面的伏安特性曲线以外，对于二极管，你还需要知道两个特性：二极管电容和反向恢复时间。这两个特性掌握了之后，那对于通常的二极管来说，你该知道的基本上就算都知道了。

1.   二极管电容

如果你一辈子只做低频领域，那可以不管二极管电容。但那几乎是不可能的，随着现在电子电路和MCU芯片的主频越来越高，总会碰上中频和高频情况的。

重要的事情说三遍：

任何的电子器件都是对频率敏感的。

任何的电子器件都是对频率敏感的。

任何的电子器件都是对频率敏感的。

当你电路的工作频率高到一定程度以后，即使是最基本的电阻也是靠不住的，也会随频率发生一些性能上的变化。那些你平时不用考虑的：电源、开关、甚至导线，在高频下都会发生性能变化，统统都要在设计时予以考虑。影响元器件高频性能的主要原因，是元器件上固有的寄生电容和电感（任何器件都不可能是完美的，有的器件以寄生电容影响为主，有的器件以寄生电感影响为主，还有的两种都要考虑）。由于这些寄生电容和电感非常微小，在中低频时可以忽略不计，但在高频时就会显现出影响。

对于二极管来说，寄生电容的影响比较大，所以要稍微了解一下。在二级管中，存在两种电容效应，分别是：势垒电容（transition capacitance）和扩散电容（diffusion capacitance）。

（1） 势垒电容

在二极管PN结的耗尽区，一边是正电荷，一边是负电荷，而耗尽区内没有载流子，可视为一种绝缘体，如此就构成了一个基本的电容结构，这个电容就称为势垒电容CT。这个电容的值不是很大，一般为几个皮法级，且会随着反偏电压的增大略微减小。

（2） 扩散电容

当二极管正偏电压较小时，耗尽区两边的载流子会由于电源的压迫而注入耗尽区。在二级管还没导通时，从外部看上去就像是PN结的两边被注入了载流子，但其间却没有电流通过，这个过程就好像是给一个虚拟的电容充电一样，这个等效电容就称为扩散电容CD。扩散电容只有在正偏时才有，反偏时没有。

同前面的PN结原理一样，我们也不一定要去深究这两种电容的产生机理，只要知道其外部表现就可以了，其电容随外部偏置电压变化的曲线见下图所示：

图 1-5.01 

2.   反向恢复时间

由于二极管中p区和n区的载流子不同，当二级管处于正偏且导通状态时，如果外加电压突然切换到反偏状态，此时电流不会突然截止，而是会突然反转，并且持续反向导通一段时间，然后才截止，这个时间称为反向恢复时间（reverse recovery time），记作trr。其产生的原因如下：

我们在1-2节讲过，在正偏时，n区的自由电子到达p区后，会与p区的空穴复合，然后在价带中一路运动到电源正极，此时p区的价带中存在着大量的从n区过来的活跃的价带电子。当外加电压突然反偏后，这些数量众多的活跃价带电子受外电源电场力的驱使，也会突然向反方向运动，然后轻易穿过PN结，从而形成一个反向的电流。这个反向电流会持续一段时间，直到p区中的那些活跃的价带电子全部回到n区为止。此时，p区中的电子重新变为少数载流子，仅能维持一个微弱的反偏电流。相对应的，n区中空穴的情况也是类似，这里不再赘述。

同前面的二极管电容一样，我们不一定要去深究反向恢复时间的详细的原子级产生机理，只要知道其外部表现就可以了。反向电流的幅值和持续时间见下图所示：

图 1-5.02 

在 t=0 时刻，外加电压由正偏转为反偏，此时二极管电流也立刻反转，并且会持续一个时间tS（storage time），然后电流逐渐变小，这个电流逐渐变小的时间记为tt（transition interval），反向恢复时间 trr是这两者之和。高速二极管的反向恢复时间一般为几个纳秒数量级，普通低速二极管不标反向恢复时间。反向电流I反与I正大体在同一个数量级，具体多大取决于正偏电压和反偏电压的大小。