二極管的整流比,整流效率,截止頻率

1、二極管主要有p-n結(jié)二極管和Schottky二極管兩大類，它們的重要特點(diǎn)就是 具有單向?qū)щ娦?。二極管的應(yīng)用很廣泛，它能夠把交流信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N特殊波 形的信號，例如可用于整流（半波整流、全波整流）、限幅、鉗位、檢波（解 調(diào)）等。二極管的單向?qū)щ娦跃腕w現(xiàn)在正向電阻很小、反向電阻很大這一特性上。 從應(yīng)用的角度來看，與二極管單向?qū)щ娦灾苯佑嘘P(guān)的基本性能參量是整流比和 整流效率（要受到擊穿電壓的限制）。而二極管在交流工作時的單向?qū)щ娦裕?還與工作頻率有關(guān)。（1）p-n結(jié)二極管的整流比:二極管的整流比就是其反向電壓下的電阻與正向電壓下的電阻之比。整流 比的大小是二極管單向?qū)щ娦缘闹苯颖憩F(xiàn)，應(yīng)該越大越好。對

2、p-n結(jié)二極管，在電壓不是很低、并忽略串聯(lián)電阻和復(fù)合中心產(chǎn)生電流 的影響時，則根據(jù)指數(shù)式的伏安特性關(guān)系，可容易求出二極管的正向直流電阻 RF、反向直流電阻RR、正向交流電阻rF、和反向交流電阻rR （小信號交流電 阻就是伏安特性曲線上某點(diǎn)切線斜率的倒數(shù)），分別如下：正向直流電阻正向交流電阻反向直流電阻反向交流電阻從而，二極管的直流整流比和交流整流比分別為:直流整流比交流整流比式中的VF和IF分別是正向電壓和正向電流，VR和IR分別是反向電壓 和反向電流，IS是反向飽和電流（忽略了復(fù)合中心的產(chǎn)生電流），m是理想因 子（m=12）?？梢姡哼m當(dāng)提高正向電壓VF和正向電流IF，可增大直流和交流的整流比

3、；提高反向電壓VR，也將有利于增大直流和交流的整流比；降低反向飽和電流IS，將有利于增大交流整流比?！咀ⅰ窟@里的“交流”，是指低頻小信號情況。在高頻小信號情況下，因 為p-n結(jié)電容的影響，將使反向交流電阻（阻抗）變小，單向?qū)щ娦宰儾?，?導(dǎo)致二極管的整流比下降。所以，高頻工作的二極管的電容應(yīng)該越小越好。（2）p-n結(jié)二極管的整流效率：二極管的整流效率也稱為檢波效率，要求越高越好。（輸出直滯電壓）對于二極管整流或檢波回路，當(dāng)輸入正弦波電壓時，即可輸出直流電壓，則二極管的整流效率h就定義為：=、,xlOO%敦萌A斐帝電壓豹效儒二極管整流效率的測量：可以采用圖1所示的電路來進(jìn)行測量，其中二 極管的輸

4、入交流電壓峰值為Vsig，輸出的回路是并聯(lián)的電阻RL和電容CL；若 輸出直流電壓為V。，則可以按照下式來求出整流效率：I-T一 x 1JOO% 很X；源峰值圖1二袱管整流荻率的刈最電路【注】對于p-n結(jié)二極管，在高頻下，因?yàn)閜-n結(jié)電容的影響， 將使得二極管的阻抗下降，相應(yīng)地二極管的單向?qū)щ娦宰儾?，從而會?dǎo)致在交 流整流比下降的同時，二極管的整流效率也下降。所以，為了提高二極管的高 頻整流效率，與提高二極管的交流整流比一樣，也需要減小二極管的電容。p-n結(jié)二極管的電容主要是其本身的勢壘電容和擴(kuò)散電容。由于減小勢壘 電容的主要措施是減小結(jié)面積，其次是降低半導(dǎo)體摻雜濃度（以增大勢壘厚 度）；減小擴(kuò)

5、散電容的主要措施是減小少數(shù)載流子的存儲量，這除了減小結(jié)面 積（以縮小存儲空間）以外，就是提高半導(dǎo)體摻雜濃度（這可以降低平衡少數(shù) 載流子濃度，但是摻雜濃度的提高會降低擊穿電壓）。所以綜合來看，為了獲 得較大的交流整流比和較高的整流效率，寧可損失一點(diǎn)擊穿電壓性能，往往采 用結(jié)面積很小和半導(dǎo)體摻雜濃度較低的p-n結(jié)?！咀ⅰ繉τ赟chottky二極管來說，因?yàn)榛旧喜淮嬖谏贁?shù)載流子存儲效 應(yīng)，所以不必考慮擴(kuò)散電容，只需要考慮勢壘電容即可。所以小面積Schottky 二極管的高頻交流整流比和整流效率一般都較高。（3）p-n結(jié)二極管的截止頻率：在工作頻率較高時，雖然整流比和整流效率都將有可能下降，但是二極

6、管 仍然可具有一定的單向?qū)щ娦裕芨ぷ饔诟咭恍┑念l率。二極管的最高工 作頻率即稱為截止頻率，這是表征p-n結(jié)二極管微波工作性能的一個重要參 數(shù)，常用fT表示。根據(jù)p-n結(jié)的小信號等效電路，可以計(jì)算出p-n結(jié)二極管的截止頻率。圖 2是p-n結(jié)二極管在高頻下的一般等效電路，其中CJ和CD分別是勢壘電容和 擴(kuò)散電容，GD是可變電導(dǎo)（隨電壓而變化），rs是串聯(lián)電阻（表征二極管的 損耗）。國2衛(wèi)小結(jié)二極管的等勉電路但是，在很高的頻率下，當(dāng)信號周期短于少數(shù)載流子壽命時，則p-n結(jié) 的擴(kuò)散電容CD可以忽略；并且勢壘電容CJ的充、放電需要通過二極管的端頭 路徑（電阻）來進(jìn)行，故表征損耗作用的電阻rs不能省

7、略。正是由于勢壘電容CJ的影響，則當(dāng)信號頻率o（=2pf）升高時，p-n結(jié)的高頻阻抗Z將要降低。如果p-n結(jié)高頻阻抗的大小降低到與串聯(lián)電阻rs相等時，那么該p-n結(jié)也就完全失去了其應(yīng)有的電學(xué)功能一一單向?qū)щ娦裕@時的信號頻率也就是該p-n結(jié)的最高工作頻率一一截止頻率fT。從而，根據(jù)下面的等式（rd是二極管的交流電阻）就得到p-n結(jié)的截止頻率為（3T=2pfT）可見，如果串聯(lián)電阻rs很小（rs rd），則fT最低，為因此，fT的高低決定于rd和rs的大小:對于p-n結(jié)二極管，為了提高其工作頻率，就要求它的串聯(lián)電阻、勢壘 電容以及交流電阻都很小。串聯(lián)電阻越小，勢壘電容的充、放電就越快，截止 頻率也就越高。若半導(dǎo)體的載流子遷移率很大，摻雜濃度又較高，而且電極的 歐姆接觸