反向恢復時間——二極管

我們感興趣的開關電路參數就是電路的開關速度。下面的內容會定性地討論二極管的開關瞬態以及電荷的存儲效應。在不經任何數學推導的情況下，簡單給出描述開關時間的表達式。

二極管的作用
利用二極管正、反向電流相差懸殊這一特性，可以把二極管作開關使用。
當開關K打向A時，二極管處於正向，電流很大，相當於接有負載的外回路與電源相連的開關閉合，回路處於接通狀態（開態）；
當開關K打向B時，二極管處於反向，反向電流很小，相當於外回路的開關斷開，回路處於斷開狀態（關態）。
V1為外加電源電壓，VJ為二極管的正向壓降，對矽管VJ約為0.7V，鍺管VJ約為0.25V，RL為負載電阻。

在開態時，流過負載的穩態電流為I1：

通常VJ遠小於V1，所以上式可近似寫為：

在關態時，流過負載的電流就是二極管的反向電流IR。
假設外加脈沖的波形如圖(a)所示，則流過二極管的電流就如圖(b)所示。

接通過程中，二極管P區向N區輸運大量空穴，N區向P區輸運大量電子。隨著時間的延長，N區內空穴和P區內電子不斷增加，直到穩態時停止。在穩態時，流入N區的空穴正好與N區內復合掉的空穴數目相等，流入P區的電子也正好與P區內復合掉的電子數目相等，達到動態平衡，流過P-N結的電流為一常數I1。

隨著勢壘區邊界上的空穴和電子密度的增加，P-N結上的電壓逐步上升，在穩態即為VJ。此時，二極管就工作在導通狀態。

當某一時刻在外電路上加的正脈沖跳變為負脈沖時：
正向時積累在各區的大量少子要被反向偏置電壓拉回到原來的區域，開始時的瞬間，流過P-N結的反向電流很大，經過一段時間後，原本積累的載流子一部分通過復合，一部分被拉回原來的區域，反向電流才恢復到正常情況下的反向漏電流值IR。

正向導通時少數載流子積累的現象稱為電荷儲存效應。二極管的反向恢復過程就是由於電荷儲存所引起的。反向電流保持不變的這段時間就稱為儲存時間ts。在ts之後，P-N結上的電流到達反向飽和電流IR，P-N結達到平衡。定義流過P-N結的反向電流由I2下降到0.1 I2時所需的時間為下降時間tf。儲存時間和下降時間之和為（ts+tf）稱為P-N結的關斷時間（即為反向恢復時間）。

反向恢復時間限制了二極管的開關速度：
如果脈沖持續時間比二極管反向恢復時間長得多，這時負脈沖能使二極管徹底關斷，起到良好的開關作用；
如果脈沖持續時間和二極管的反向恢復時間差不多甚至更短的話，這時由於反向恢復過程的影響，負脈沖不能使二極管關斷。

所以要保持良好的開關作用，脈沖持續時間不能太短，也就意味著脈沖的重復頻率不能太高，這就限制了開關的速度。