一個問題
先提一個問題:到底是什么決定了二極管的最高工作頻率?
估計有不少人會回答是二極管反向恢復時間Trr,也有人會說是二極管結電容,那到底誰是對的呢?或者說都一樣,反向恢復時間由結電容決定?
到底什么決定了二極管的最高工作頻率,我們暫且不論,不過需要知道的是,二極管的反向恢復時間和結電容根本就是兩回事,反向恢復時間絕不能等同于結電容的充放電時間。
為什么我這么說呢?先來看下面事實。
簡易基礎
為了照顧下成績不好的同學,我先簡單說下什么是結電容,什么是二極管的反向恢復時間,已經知道的同學可以跳到后面去。
結電容
二極管會存在寄生電容,這個電容主要就是結電容,這是簡單的二極管模型。
反向恢復時間
實際應用中的二極管,在電壓突然反向時,二極管電流并不是很快減小到0,而是會有比較大的反向電流存在,這個反向電流降低到最大值的0.1倍所需的時間,就是反向恢復時間。
這兩個參數先這么介紹吧,比較粗糙,真要說清楚都是怎么來的,這幾行字是遠遠不夠的。
我們繼續本文重點,為什么說反向恢復時間絕不能等同于結電容的充放電時間。
事實情況
一般廠家的二極管會給出結電容和反向恢復時間Trr的參數,我們現在來對比一下4種不同類型的二極管參數。
分別為肖特基二極管,超快恢復二極管,快恢復二極管,普通二極管。
為了讓結果更有說服力,我們提供4種二極管的,耐壓,封裝,最大工作電流一致。最大反向耐壓都為100V,封裝都是SMA,最大工作電流為1A。
型號分別是:
肖特基二極管:SS110
超快恢復二極管:US1B
快恢復二極管:RS1B
普通二極管:S1B
這幾個二極管參數截圖如下
我整理了一下,參數如下表:
對的,你沒看錯,肖特基二極管的結電容是這里面最大的。肖特基二極管的工作頻率不是最高的嗎?怎么結電容反而是最大的?
雖然規格書手冊中,沒有列出來肖特基二極管的反向恢復時間,但是我們應該都知道,它的反向恢復時間是最小的。
嚴格來說,肖特基二極管本身的工作原理與PN結二極管是不一樣的,它是不存在反向恢復時間的。只是畢竟有寄生電容的存在,所以工作頻率也有一個上限。具體肖特基二極管的工作原理后面可以找機會說說。
我們知道,這幾種二極管的最高工作頻率順序是下面這樣的
而現在我們知道,它們的結電容,肖特基是最大的,為80pF。其它三個二極管差不多,為10pF-20pF,但是反向恢復時間相互之間差了一個數量級。
另外,我們假設反向恢復時間就是結電容的充電時間,我們可以計算下充滿結電容需要的時間是多長。
以快恢復二極管RS1B-13F為例,其結電容是15pF,反向恢復電流如下圖(規格書中提取的)。平均反向電流大概是0.5A,那么將15pF從0V充到-50V的時間很容易計算出來,是1.5ns,這比實際的反向恢復時間150ns短很多。
所以可以肯定的是,反向恢復時間的長短,不是由PN結電容決定的。
問題答案
那回到最初的問題,二極管的最高工作頻率由什么參數決定呢?
其實很容易想到:
1、如果結電容太大,工作頻率高不了。因為頻率越高,電容的阻抗越低,信號都從電容直接過去了,二極管失去了反向截止的作用。
2、如果反向恢復時間太大,工作頻率也高不了。因為頻率越高,電壓翻轉越快,反偏之后反向電流還沒恢復,電壓又變了,二極管也失去了反向截止的作用。
所以,總的來說,結電容和反向恢復時間,都會影響二極管的最高工作頻率。具體由誰決定,那看誰的影響更大。
肖特基二極管的反向恢復時間很短,所以其工作頻率由結電容決定。
PN結二極管,其反向恢復時間的影響遠大于結電容的影響,結電容一般也就幾十pF,因此其最高工作頻率由反向恢復時間決定。
而與此同時,我們知道,肖特基二極管與PN結二極管相比,肖特基速度是最快的,可以工作在更高的頻率。
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