到底是什么决定了二极管的最高工作频率？.docx
相信各位硬件工程师，应该都用过二极管吧，这里也许有一个误区，大多数人可能并不知道，或者说是理解有问题，下面就来细细说一下。先抛出一个问题：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。那么，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？结电衮Cj or反向恢复时间Tr关于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，应该知道的是，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。为什么这么说？我们先来看看下面的事实。1、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。结电容反向恢复时间: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。电压/V二极管电压突然反向0.7V /电流/A：反向恢复时间T/1ijwlr,«II0.121-=i=.一 ' / /. fh 2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。2、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，其分别为：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z耐压z封装z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：US1B13F 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:Total CapacitanceC I I I (3? I PF d = 4V.f=1MHzCharacteristicSymbolMinTypMaxUnitForward Voltage普 通一极 管 If = 1 0AVfm11VPeak Reverse Leakage Current- - Ta = ÷25cCat Rated DC Blking Voltage Ta = ÷125cCRM5.01AReverse Recovery Time (Note 6)31.83.0sTypical Total Capacitance (Note 7)C10pF我整理了一下，参数如下表:厂家：DIODE最大电流：1A封装：SMA员向耐泾：100V臭型型号结电*反向帙复时间T型肖特基二极管BllO(13-80pF未标注超快帙复二机管1 SIB-13-F 20pF 50快恢复二极管RS1B-I3-F15pF150普通二极管10pF1800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：肖特基V最高工作频率超快恢广极管PK快恢复二极管V普通二极管而现在我们知道，它们的结电容，肖特基是最大的，为80pFo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 z那么将15pF从0V充至J-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。rr=1.5ns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。3、问题答案现在回到最初的问题，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：其一，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。其二，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pFz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。4、结尾本文说明了一个事实：反向恢复时间并不是结电容的充放电时间。
