二极管特性|DC，AC，电流，过渡时间

在本教程中，我们将学习一些重要的二极管特性。通过研究这些二极管的特性，你将更好地了解一般二极管的工作原理。

常用二极管特性

下面给出一些常用的二极管特性。

• 当前方程式
• 直流电阻
• 交流电阻
• 过渡电容
• 扩散电容
• 存储时间
• 过渡时间
• 恢复时间

现在，我们会看到更多关于这些二极管特性的简单介绍。

二极管电流方程

PN结二极管以只向一个方向传递电流而闻名。流过PN结二极管的电流在很大程度上取决于所用材料的类型，也取决于制造PN结二极管时掺杂的浓度。

造成电流流动的主要原因是PN结二极管结构中大多数载流子的产生或重组。

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Quasi中性p偏置，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型的区域是耗尽区域边缘与正极上的二极管的边缘之间的分离。为了假设，这种分离距离是无穷大的。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。电场不存在于准中性区域中。

Δn._p(x→-∞)= 0

ΔP._n（x→+∞）= 0

二极管正向偏压电流是由于大多数载流子的复合而产生的。载流子复合发生在P型或N型准中性区、耗尽区或欧姆接触处，即金属与半导体的接触处。

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结二极管中的电流流动由电荷载体密度，电磁场贯穿PN结二极管的结构和P型和N型的准fermi电平能量确定。载流子密度和电场用于确定PN二极管的漂移电流和漫射电流。

假设耗尽区域内的电子和孔的准细胞水平能量和在n型和p型准中性区域中的孔的能量在获得分析溶液中大致相等。

假设费米能级在耗竭区是恒定的，则在耗竭区边界处的少数载流子密度为:

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。该外部电压乘以电子的电荷。

在两个准区域中存在的多余载流子在到达金属-半导体接触时立即重新结合。复合过程在欧姆接触处迅速发生，并且随着金属的存在而进一步增加。因此，有效边界条件可以表述为:

p_n(x = w_n) = p_N0.

n_p（x = -W_p) = n_P0.

考虑用于N型和P型的准中性区域的扩散电流方程，通过使用边界条件对所考虑的扩散电流方程来获得理想二极管的电流的表达。

在双曲函数方面转换上述方程式，重写上述等式

p_nx (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。如果边界条件应用于上述双曲线方程，那么我们将拥有

如果给出了n型和p型的准中性区域的宽度

W'_n= W._n- X_n

W'_p= W._p- X_p

由扩散电流方程计算各准中性区载流子电流密度

在PN结二极管的整个结构中流动的电流量总是恒定的，因为在二极管的整个结构中没有充电可以消失或积聚。

因此，通过二极管的总电流等于n区最大空穴电流、p区最大电子电流和耗尽区载流子重组产生的电流之和。准中性区的最大电流发生在耗竭区两侧。

直流或静态电阻

PN结二极管的静态电阻或直流电阻决定了当一个直流电源连接到二极管时二极管的电阻性质。如果外部直流电压给电路半导体二极管的一部分，导致一个q点或PN结二极管特性曲线上的工作点不随时间改变。

曲线的膝盖处的静态电阻将大于特征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_直流= V._直流/我_直流

交流或动态阻力

动态电阻来自Shockley的二极管方程。当取决于PN结二极管的DC偏振的AC源连接到它时，它定义二极管电阻性质。

如果一个外部正弦信号被给予由二极管组成的电路，改变的输入将使瞬时Q点稍微从特性中的当前位置偏移，因此它定义了一个确定的电压和电流变化。

当没有外部交流信号应用时，工作点将是Q点(或静态点)，这是由应用的直流信号电平决定的。通过降低工作q点来增加二极管的交流电阻。简而言之，它相当于PN二极管的电压-电流斜率。

r_d=ΔV_d/Δ我_d

平均AC抵抗

如果输入信号足够足以产生大摆动，则与该区域的二极管相关的电阻称为AC平均电阻。它由直线确定，该直线被绘制地连接的最小值和最大值的外部输入电压的值。

R_avg=（ΔV._d/Δ我_d)_{pt, 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。主要观察到逆偏置的配置，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，其中固定电荷在耗尽区域的层的边缘处变化。这取决于介电常数和耗尽层的宽度。如果耗尽层宽度增加过渡电容减小。

C_T=ε_年代/ w =√{[q∈_年代/ 2(ϕ_我- V._D）] [n_一个N_d/ (N_一个+ N._d）]]}

扩散电容

扩散电容也可以称为在前向偏置配置中主要观察到的存储电容。它是由二极管的两个端子之间的电荷载体传输引起的电容，从阳极到正极的PN结二极管的正向偏置配置中的阴极。

如果允许电流通过半导体器件，则在某个时间点，在设备上会产生一些电荷。如果应用的外部电压和电流变为不同的值，则在运输中将存在不同的电荷。

在电压差的差分变化中产生的过渡电荷的比率将是扩散电容。如果增加电流水平，则扩散电容电平自动增加。

电流的增加的水平将导致相关电阻的水平降低，也是在非常高速应用中重要的时间常数。扩散电容值远大于转换电容的值，并且它与直流的值直接成比例。

C_diff= dq / dv = [di（v）/ dv]γ_F

存储时间

PN结二极管在正向偏置时就像一个完美导体，而在反向偏置时就像一个完美绝缘体。在从正向偏置到反向偏置的切换时间内，电流切换并保持在同一水平。电流反转并保持恒定水平的持续时间称为存储时间(T_年代）。

电子从P型移动到N型，空穴从N型移动到P型所花费的时间为存储时间。这个值可以由PN结的几何形状决定。在这段存储时间内，二极管表现为短路。

过渡时间

电流保持在一个恒定的水平后下降到反向漏电电流值的时间称为过渡时间。表示为过渡时间值由PN结的几何形状和P型和N型材料掺杂浓度决定。

反向恢复时间

存储时间和转换时间的总和被称为反向恢复时间。二极管拍摄的时间是从反向漏电流升高施加的电流信号到恒定状态值的10％。PN结二极管的反向恢复时间值通常是微秒的顺序。

其对广泛使用的小信号二极管整流器1N4148的值通常为4ns，并且对于通用整流二极管，它是2μs。快速开关速度可以通过高值的反向漏电流和高正向电压下降来实现。它由t表示_rr。

数据表分析

概括

这里提出了关于不同二极管特性的简要查看。

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