二极管的贮存电荷一向被视为「敌人」,但有时分假如咱们想使用它,也是能够「化敌为友」…
各类型二极管都会有一种称为「贮存电荷」(storage charge)的特性,其效应是当二极管在正向传导形式(forward conduction mode)乘载电流时,会让电流发生并非当即呈现的中止活动状况,其间各种关断状况值得探求。
贮存电荷带来的根本效应,是二极管接面上呈现反向电压时并不会当即关断,电流会在一段有限的时刻内持续从相反方向流经接面。为了让阐明更清楚,让咱们以一个半波整流电路(half-wave rectifier circuit)做为实例:在第一种状况下,咱们有一个如你所幻想零贮存电荷的抱负二极管,彻底没有反向电流,从下图可见到它的抱负波形。
抱负的二极管半波整流
到目前为止看来都很好…那么假如二极管里呈现贮存电荷会发生什么事?
缓慢康复的二极管半波整流
在上图的比如中,当输入正弦波跨过零伏特时,二极管关断并未当即发生,而是有一段时刻短但显着的反向传导时刻;此外,输出波形到零的进程(steps-to-zero)十分快速,因此在激起频率的谐波是发生EMI的「膏壤」,这或许十分难以操控与按捺。
而假如咱们暂时不谈全波整流器,仍是能够看到那些反向二极管电流脉冲,那些脉冲也或许导致在激起源周遭发生脉冲性短路,如下图。
瞬间短路
线路频率、短路电流脉冲真的会发生某种程度的严峻EMI与涟波(ripple)问题;举例来说,粗估一个速度适当缓慢的二极管1N4007,其标称康复时刻为30μSec,如下图。
缓慢的二极管康复时刻
假如激起频率是60GHz,半周期是1/120秒或是8.3333 mSec,反向电流传导视点会是180°乘以30μSec,再除以8.3333 mSec,成果为0.648°。假如施加120V RMS的激起能阶,以及0.648°的激起电压:120×sqrt (2)×sin (0.648°) = 1.92V,这样的成果足以驱动咱们不想要的短路脉冲电流,好像上面「瞬间短路」那张图中显现的赤色箭头。
在这类运用中你会被奉告需求运用快速康复二极管,虽然其线路频率很低;由于那些脉冲事情会在每一个AC输入周期发生两次,是适当严峻的问题。透过选用快速康复二极管,状况会像是下图所显现,那些不受欢迎的脉冲效应会弱得多。
快速康复二极管半波整流
到目前为止,贮存电荷一向被视为「敌人」,但有时分假如咱们想使用它,也是能够「化敌为友」;假如咱们将激起频率从60Hz或400Hz的电源线数字提高到HF/VHF/UHF等调频,并选用名为跃阶康复二极管(step recovery diode)的组件,咱们就能得到如下图的整流状况:
跃阶康复二极管半波整流
在这里能够看到,二极管的贮存电荷在一个成心拉长的鼓励波形周期部份中保持反向电流,到达抱负的270°;就像是咱们之前观察到的缓慢康复二极管会发生不需求的激起频率谐波,跃阶康复二极管会发生咱们需求的激起频率谐波,让咱们能制造如下图的倍频电路(frequency multiplier)。
跃阶康复二极管倍频电路
幻想100MHz的输入会获得300MHz的输出,十分美丽!
而接下来咱们看别的一种组件,高频二极管(PIN二极管);这种组件在激起频率够高时,贮存电荷永久不会成心耗尽;咱们能够使用PIN二极管动态阻抗会跟着电流乘载水平之函数而改变的特性,该特性把PIN二极管当作可变RF/微波信号衰减组件(RF/microwave signal attenuator element)来运用,如下图。
PIN二极管信号衰减组件