初級模擬電路：1-5 二極體的其他特性

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      除了上面的伏安特性曲線以外，對於二極體，你還需要知道兩個特性：二極體電容和反向恢復時間。這兩個特性掌握了之後，那對於通常的二極體來說，你該知道的基本上就算都知道了。

1.   二極體電容

      如果你一輩子只做低頻領域，那可以不管二極體電容。但那幾乎是不可能的，隨著現在電子電路和MCU晶元的主頻越來越高，總會碰上中頻和高頻情況的。

      重要的事情說三遍：

      任何的電子器件都是對頻率敏感的。

      任何的電子器件都是對頻率敏感的。

      任何的電子器件都是對頻率敏感的。

      當你電路的工作頻率高到一定程度以後，即使是最基本的電阻也是靠不住的，也會隨頻率發生一些性能上的變化。那些你平時不用考慮的：電源、開關、甚至導線，在高頻下都會發生性能變化，統統都要在設計時予以考慮。影響元器件高頻性能的主要原因，是元器件上固有的寄生電容和電感（任何器件都不可能是完美的，有的器件以寄生電容影響為主，有的器件以寄生電感影響為主，還有的兩種都要考慮）。由於這些寄生電容和電感非常微小，在中低頻時可以忽略不計，但在高頻時就會顯現出影響。

      對於二極體來說，寄生電容的影響比較大，所以要稍微瞭解一下。在二級管中，存在兩種電容效應，分別是：勢壘電容（transition capacitance）和擴散電容（diffusion capacitance）。

（1） 勢壘電容

      在二極體PN結的耗盡區，一邊是正電荷，一邊是負電荷，而耗盡區內沒有載流子，可視為一種絕緣體，如此就構成了一個基本的電容結構，這個電容就稱為勢壘電容C_T。這個電容的值不是很大，一般為幾個皮法級，且會隨著反偏電壓的增大略微減小。

（2） 擴散電容

      當二極體正偏電壓較小時，耗盡區兩邊的載流子會由於電源的壓迫而註入耗盡區。在二級管還沒導通時，從外部看上去就像是PN結的兩邊被註入了載流子，但其間卻沒有電流通過，這個過程就好像是給一個虛擬的電容充電一樣，這個等效電容就稱為擴散電容C_D。擴散電容只有在正偏時才有，反偏時沒有。

      同前面的PN結原理一樣，我們也不一定要去深究這兩種電容的產生機理，只要知道其外部表現就可以了，其電容隨外部偏置電壓變化的曲線見下圖所示：

圖 1-5.01 

2.   反向恢復時間

      由於二極體中p區和n區的載流子不同，當二級管處於正偏且導通狀態時，如果外加電壓突然切換到反偏狀態，此時電流不會突然截止，而是會突然反轉，並且持續反嚮導通一段時間，然後才截止，這個時間稱為反向恢復時間（reverse recovery time），記作t_rr。其產生的原因如下：

      我們在1-2節講過，在正偏時，n區的自由電子到達p區後，會與p區的空穴複合，然後在價帶中一路運動到電源正極，此時p區的價帶中存在著大量的從n區過來的活躍的價帶電子。當外加電壓突然反偏後，這些數量眾多的活躍價帶電子受外電源電場力的驅使，也會突然向反方向運動，然後輕易穿過PN結，從而形成一個反向的電流。這個反向電流會持續一段時間，直到p區中的那些活躍的價帶電子全部回到n區為止。此時，p區中的電子重新變為少數載流子，僅能維持一個微弱的反偏電流。相對應的，n區中空穴的情況也是類似，這裡不再贅述。

      同前面的二極體電容一樣，我們不一定要去深究反向恢復時間的詳細的原子級產生機理，只要知道其外部表現就可以了。反向電流的幅值和持續時間見下圖所示：

圖 1-5.02 

      在 t=0 時刻，外加電壓由正偏轉為反偏，此時二極體電流也立刻反轉，並且會持續一個時間t_S（storage time），然後電流逐漸變小，這個電流逐漸變小的時間記為t_t（transition interval），反向恢復時間 t_rr是這兩者之和。高速二極體的反向恢復時間一般為幾個納秒數量級，普通低速二極體不標反向恢復時間。反向電流I_反與I_正大體在同一個數量級，具體多大取決於正偏電壓和反偏電壓的大小。

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