二极管特性|DC，AC，电流，过渡时间

在本教程中，我们将了解一些重要的二极管特征。通过检查这些二极管特性，您将更好地了解二极管的工作一般。

常用二极管特性

下面给出一些常用的二极管特性。

• 电流方程
• 直流抵抗
• 交流抵抗
• 过渡电容
• 扩散电容
• 存储时间
• 过渡时间
• 恢复时间

现在，我们将简要介绍一下这些二极管特征的更多信息。

二极管电流方程

广泛众所周知，PN结二极管仅以在一个方向上通过电流。流过PN结二极管的电流量大大取决于所用材料的类型，并且还取决于PN二极管的制造中掺杂的浓度。

电流流动的主要原因是由于多重电荷载流子在PN结二极管的结构中的产生或重组。

我们将有三个地区负责多数费用载流量的流动。这些区域是准中性的p区，耗尽区，准中性n区域。准中性p型的区域是在P侧的耗尽区域边缘和二极管的边缘之间的分离。

准中性N型的区域是在N侧的耗尽区的边缘和二极管的边缘之间的分离。为了假设，这种分离距离是无限的。当我们朝向二极管的界限移动时，电荷载体的浓度将没有变化。这电场不会出现在准中性区域。

Δn_P.（x→-∞）= 0

Δp_N.(x→+∞)= 0

正向偏压中的二极管电流是由于多数电荷载体的重组。电荷载体重组在p型或n型准中性区域，耗尽区或欧姆触点中进行，在金属和半导体的接触处。

反向偏压中的电流是由于电荷载波的产生。这种类型的电荷载流子生成过程进一步增加了前方的电流和反向偏置条件。

PN结二极管内部的电流流动由载流子密度、PN结二极管整个结构的电场以及P型和N型的准费米能级决定。利用载流子密度和电场来确定PN二极管的漂移电流和扩散电流。

在得到解析解时，假定耗竭区电子和空穴的准费米能级与N型和P型准中性区电子和空穴的准费米能级近似相等。

如果在耗尽区域中假设费米能量水平恒定，则耗尽区域边界处的少数电荷载体密度将如下，

当没有施加外部电压时，在上述规定的方程处达到热平衡状态。FERMI水平之间的分离随着外部施加电压的增加而增加。这种外部电压乘以电子的电荷。

当它们到达金属 - 半导体触点时，在任一个准区域中存在的多余电量载体在其任一区域中重新结合。重组过程在欧姆接触处迅速发生，并且通过金属的存在进一步增加。因此，有效的边界条件可以如下所述，

P._N.（x = w_N.）= P._n0

N._P.（x = -W_P.）= n_P0.

同时考虑N型和P型准中性区域的扩散电流方程，利用所考虑的扩散电流方程的边界条件，得到理想二极管的电流表达式。

将上述方程转化为双曲函数，将上述方程改写为

P._N.（x≥x._N.）= P._n0+ a cosh {（x-x_N.）/ L._P.} + b sinh {（x-x_N.）/ L._P.}

N._P.（x≤-x_P.）= n_P0.+ C cosh {(x+x_P.）/ L._N.} + D sinh {(x+x_P.）/ L._N.}

这里A, B, C和D是要确定的常数值。如果将边界条件应用于上述双曲方程，则有

其中N型和P型的准中性区域的宽度为

w´_N.= w_N.- X_N.

w´_P.= w_P.- X_P.

从扩散电流方程计算每个准中性区域中的每一个的电荷载流量电流密度

流过PN结二极管整个结构的电流量总是应该是恒定的，因为没有电荷可以在二极管的整个结构中消失或积累。

因此，通过二极管的总电流等于N区的最大空穴电流的总和，由于耗尽区域中的电荷载体的重组，因此在P区的最大电子电流和电流。准中性区域中的最大电流发生在耗尽区的侧面。

直流或静电电阻

PN结二极管的静电电阻或直流电阻定义了当DC源连接到它时的二极管的电阻性质。如果给出了半导体二极管是其一部分的电路的外部DC电压，则导致不随时间改变的PN结二极管特性曲线上的Q点或操作点。

曲线的膝盖处的静态电阻将远大于特性曲线的垂直上升部分的电阻值。最小电流通过二极管最大值是直流电阻的水平。

R._DC.= V_DC./ 一世_DC.

交流或动态阻力

从肖克利二极管方程推导出动态电阻。它定义了二极管的电阻性质，当一个依赖于PN结二极管的直流极化的交流源连接到它。

如果给出了由二极管组成的电路的外部正弦信号，则改变输入将略微地从特性中的当前位置稍微换档，因此它定义了电压和电流的明确变化。

当不施加外部交流信号时，操作点将是由所施加的直流信号电平确定的Q点（或静态点）。通过降低Q-Point的Q点来增加二极管的AC电阻。简而言之，它相当于PN二极管的电压电流斜率。

R._D.=ΔV_D./ΔI._D.

普通的交流电阻

如果输入信号足够产生一个大的摆动，那么在这个区域与二极管相关的电阻称为交流平均电阻。它由外部输入电压的最小值与最大值的交点所画的直线决定。

R._Avg.=（ΔV._D./ΔI._D.的）_pt到pt.

过渡电容

过渡电容也可以称为耗尽层电容或空间电荷电容。主要在逆转偏置构造中观察，其中p型和n型区域具有较低的电阻，并且耗尽层可以用作介电介质。

这种类型的电容是由于外部电压的变化，其中不移动的电荷在耗竭区域的边缘得到变化。它取决于介电常数和损耗层的宽度。如果耗尽层宽度增大，过渡电容减小。

C_T.=ε._S./ w =√{[q∈_S./ 2（φ_一世- V._D.）] [n_一个N._D./（n .._一个+ N._D.）]]}

扩散电容

扩散电容也称为存储电容，主要在正向偏置状态下观察到。它是由在二极管的两个终端之间的载流子传输引起的电容，即在PN结二极管的正向偏置配置中，从阳极到阴极。

如果允许电流通过半导体器件，在某个时间点就会在器件上产生一些电荷。如果施加的外部电压和电流改变到不同的值，在过渡过程中就会产生不同的电荷量。

产生的过渡电荷与电压的微分变化之比为扩散电容。如果电流水平增加，则扩散电容水平自动增加。

电流水平的增加将导致相关电阻水平的降低，以及时间常数，这在非常高速的应用中是重要的。扩散电容值远大于过渡电容值，且与直流电流值成正比。

C_差点= dQ/dV = [dI(V)/dV]Γ_F

存储时间

PN结二极管类似于前向偏置配置的完美导体，并且像反向偏置配置一样的完美绝缘体。在从前向后偏置的切换时间期间，电流流开关并保持在同一级别的恒定。当前反转并保持恒定级别的此时间持续时间称为存储时间（t_S.)。

电子从p型移动到n型和从n型移动回p型的孔的时间是存储时间。该值可以通过PN结的几何形状来确定。在此存储时间期间，二极管的行为是短路。

过渡时间

在其在恒定级别保持在恒定水平之后，电流减小到反向泄漏电流值的时间被称为转变时间。它表示为转变时间值由Pn结的几何形状和p型和n型材料的掺杂水平的浓度决定。

反向恢复时间

存储时间和转换时间的总和称为反向恢复时间。这是二极管将施加的电流信号从反向漏电流提高到恒定状态值的10%所花费的时间。PN结二极管的反向恢复时间值通常是微秒级。

对于广泛使用的小信号二极管整流1N4148，其值通常为4ns，而对于一般用途的整流二极管，其值为2 μs。高反向漏电流和高正向压降可以实现快速的开关速度。用T表示_rr.。

数据表分析

概括

此处提出了关于不同二极管特性的简要查看。

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