凡亿专栏 | 二极管正向导通时,产生一个正向高电压?
二极管正向导通时,产生一个正向高电压?

在电子设计中,二极管是很重要的,它的工作特性对电路的稳定性及效率具有至关重要的影响。其中,二极管在正向导通瞬间时,突然产生一个正向高电压,这是为什么?

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1、二极管的基本结构及工作原理

二极管是由P型半导体和N型半导体组成,其交界面处形成PN结,当没有外加电压时,PN结两侧存在由于载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流,二者相等而处于电平衡状态,当外加正向电压时,外界电场与自建电场互相抵消,使载流子的扩散电流增加,进而产生正向丢留,二极管进入导通状态。

2、正向导通瞬间高电压的产生

在二极管正向导通时,由于PN结两侧载流子的重新分布和内部电场的动态变化,将产生一个短暂的正向高电压,这一现象主要由以下几个因素共同作用导致的:

①载流子注入与积累

当正向电压刚刚加载二极管上时,P去的空穴与N1区的电子开始向对方区域注入,并在PN结附近积累,这些积累的载流子将在PN结两侧形成额外的电荷层,从而增加PN结两侧的电势差,导致正向电压的瞬间升高。

②电导调制作用

随着正向电流的增大,注入并积累在PN结附近的少数载流子(对于P+N结二极管,为N区的空穴)不断增加,这些载流子会参与导电,降低PN结的有效电阻,然而,在导通初期,由于少数载流子的积累尚未达到一定程度,电导调制作用尚未完全发挥,因此管压降(即PN结两侧的电势差)会随电流的上升而升高,形成正向高电压。

③电感压降

二极管内部存在电感,当正向电流随时间上升时,会在电感上产生压降,这个电感压降与电流上升率(di/dt)成正比,因此在电流快速上升的过程中,电感压降会导致正向电压的瞬间升高。


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