晶体二极管开关转换过程分析

失之前，PN结势垒区宽度不变，仍然很窄，所以此时反向电流较大并基本上保持不变，还要持续一段时间后，P区和N区所存储的电荷已明显减少，势垒区才逐渐变宽，再经过一段下降时间，反向电流逐渐减小到正常反向饱和电流的数值I0，二极管截止，因此二极管关断时间又称为反向恢复时间。当输入电压突然由低电平变为高电平时，PN结将由宽变窄，势垒电容放电后二极管才会导通，导通时间比关断很短，可以忽略，流过二极管的电流随扩散存储电荷的增加而增加，逐步达到稳定值。

　　二极管在开关转换过程中出现的开关时间延迟，实质上是由于PN结的电容效应所引起，二极管的暂态开关过程就是PN结电容的充、放电过程。二极管由截止过渡到导通，相当于电容充电。二极管由导通过渡到截止，相当于电容放电。二极管结电容小，充、放电时间短，过渡过程短，则二极管的暂态开关特性就好，开关速度就快。延迟时间就是电容充放电荷所需要的时间，延迟时间的长短既决定于二极管本身的结构，也与外部电路有关。二极管PN结面积大，管内存储电荷就多，延迟时间就长。此外，外部电路所决定的正向电流大，存储电荷就会多，则关断时间就大；反向电流大，存储电荷消失得就快，则关断时间就小。为了提高开关速度，降低延迟时间，一般开关管结面积制作得比较小，使其存储电荷少，同时通过二极管内部的"掺金"，可以使存储电荷很快复合而消失，减小延迟时间。

　　3 晶体二极管开关转换过程实验观察

　　为了观察二极管的开关特性，可以按照图1所示电路进行实验。首先确定加于二极管两端的脉冲信号，其幅值和周期要合适，否则，就可能花费很长时间去调试才能观察到二极管的开关过程时间的延迟，还有可能导致二极管损坏。选择脉冲信号要根据二极管的主要工作参数，如二极管最大正向工作电流，二极管最大反向工作电压，反向恢复时间等。依据这些参数，确定脉冲信号的幅值。信号周期的选择一定要大于反向恢复时间trr，选取一定的负载连接电路，通过双踪示波器来观察二极管开关转换时间的延迟，分别改变信号周期和负载，记录多次的实验结果，进一步分析二极管开关转换过程延迟时间随脉冲信号周期和外部负载变化的关系。延迟时间对于二极管结面积和负载电阻均存在极小值，在设计开关电路时，二极管结面积和负载电阻应该选取该极值点对应的最佳值，N区长度也存在最佳值，理论上应为器件加载在所需临界击穿电压值而且刚好处于穿通状态时的长度值；P区和N区的长度没有太大的影响，但应稍大于各自的穿通长度，浓度则应尽量高，N区掺杂浓度越低越好。

　　4 结语

　　晶体二极管的结构决定了其作为开关使用时的特性，其在数字电子技术门电路中门的打开和关闭时需要一段时间，不同结构的管子其时间的长短是有差别的。随着现代电子技术的快速发展，要求晶体二极管的开关速度越来越快，因此，对器件结构和工作电路的设计要求也越来越高，在研究晶体二极管开关时间的延迟过程的实验中，输入信号的周期、幅度、电路负载对延迟时间的观察影响较大，一定的开关电路只有多次的实验，才能清楚地观察到二极管的开关转换过程时间的延迟。