硬件工程师,应该都用过二极管的吧,不过也许有一个误区,大多数人可能并不知道,或者说是理解有问题,下面就来细细说下。

 

一个问题

先提一个问题:到底是什么决定了二极管的最高工作频率?

 

估计有不少人会回答是二极管反向恢复时间Trr,也有人会说是二极管结电容,那到底谁是对的呢?或者说都一样,反向恢复时间由结电容决定?

 

 

到底什么决定了二极管的最高工作频率,我们暂且不论,不过需要知道的是,二极管的反向恢复时间和结电容根本就是两回事,反向恢复时间绝不能等同于结电容的充放电时间。

 

为什么我这么说呢?先来看下面事实。

 

简易基础

为了照顾下成绩不好的同学,我先简单说下什么是结电容,什么是二极管的反向恢复时间,已经知道的同学可以跳到后面去。

 

结电容

二极管会存在寄生电容,这个电容主要就是结电容,这是简单的二极管模型。

 

 

反向恢复时间

实际应用中的二极管,在电压突然反向时,二极管电流并不是很快减小到0,而是会有比较大的反向电流存在,这个反向电流降低到最大值的0.1倍所需的时间,就是反向恢复时间。

 

 

这两个参数先这么介绍吧,比较粗糙,真要说清楚都是怎么来的,这几行字是远远不够的。

 

我们继续本文重点,为什么说反向恢复时间绝不能等同于结电容的充放电时间。

 

事实情况

一般厂家的二极管会给出结电容和反向恢复时间Trr的参数,我们现在来对比一下4种不同类型的二极管参数。

 

分别为肖特基二极管,超快恢复二极管,快恢复二极管,普通二极管。

 

为了让结果更有说服力,我们保证4种二极管的生产厂家,耐压,封装,最大工作电流一致。这里选择厂家为DIODE美台半导体(随便选的,它们家的规格书好找),最大反向耐压都为100V,封装都是SMA,最大工作电流为1A。

 

型号分别是:

肖特基二极管:B1100-13-F

超快恢复二极管:US1B-13-F

快恢复二极管:RS1B-13-F

普通二极管:S1B-13-F

 

这几个二极管的规格书都很容易找到,我也放到了网盘,可以在我的微信公众号后台回复“器件”,就可以下载了。

 

这几个二极管参数截图如下

 

 

我整理了一下,参数如下表:

 

 

对的,你没看错,肖特基二极管的结电容是这里面最大的。肖特基二极管的工作频率不是最高的吗?怎么结电容反而是最大的?

 

虽然规格书手册中,没有列出来肖特基二极管的反向恢复时间,但是我们应该都知道,它的反向恢复时间是最小的。

 

严格来说,肖特基二极管本身的工作原理与PN结二极管是不一样的,它是不存在反向恢复时间的。只是毕竟有寄生电容的存在,所以工作频率也有一个上限。具体肖特基二极管的工作原理后面可以找机会说说。

 

我们知道,这几种二极管的最高工作频率顺序是下面这样的

 

 

而现在我们知道,它们的结电容,肖特基是最大的,为80pF。其它三个二极管差不多,为10pF-20pF,但是反向恢复时间相互之间差了一个数量级。

 

另外,我们假设反向恢复时间就是结电容的充电时间,我们可以计算下充满结电容需要的时间是多长。

 

以快恢复二极管RS1B-13F为例,其结电容是15pF,反向恢复电流如下图(规格书中提取的)。平均反向电流大概是0.5A,那么将15pF从0V充到-50V的时间很容易计算出来,是1.5ns,这比实际的反向恢复时间150ns短很多。

 

 

所以可以肯定的是,反向恢复时间的长短,不是由PN结电容决定的。

 

问题答案

那回到最初的问题,二极管的最高工作频率由什么参数决定呢?

 

其实很容易想到:

1、如果结电容太大,工作频率高不了。因为频率越高,电容的阻抗越低,信号都从电容直接过去了,二极管失去了反向截止的作用。

 

2、如果反向恢复时间太大,工作频率也高不了。因为频率越高,电压翻转越快,反偏之后反向电流还没恢复,电压又变了,二极管也失去了反向截止的作用。

 

所以,总的来说,结电容和反向恢复时间,都会影响二极管的最高工作频率。具体由谁决定,那看谁的影响更大。

 

肖特基二极管的反向恢复时间很短,所以其工作频率由结电容决定。

 

PN结二极管,其反向恢复时间的影响远大于结电容的影响,结电容一般也就几十pF,因此其最高工作频率由反向恢复时间决定。

 

而与此同时,我们知道,肖特基二极管与PN结二极管相比,肖特基速度是最快的,可以工作在更高的频率。