亦敵亦友的「儲(chǔ)存電荷」
各類型二極體都會(huì)有一種稱為“儲(chǔ)存電荷”(storage charge)的特性,其效應(yīng)是當(dāng)二極體在正向傳導(dǎo)模式(forward conduction mode)乘載電流時(shí),會(huì)讓電流發(fā)生并非立即出現(xiàn)的停止流動(dòng)情況,其中各種關(guān)斷狀態(tài)值得探究。
儲(chǔ)存電荷帶來(lái)的基本效應(yīng),是二極體接面上出現(xiàn)反向電壓時(shí)并不會(huì)立即關(guān)斷,電流會(huì)在一段有限的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)從相反方向流經(jīng)接面。為了讓說(shuō)明更清楚,讓我們以一個(gè)半波整流電路(半波整流電路)做為實(shí)例:在第一種情況下,我們有一個(gè)如你所想像的零儲(chǔ)存電荷的理想二極體,完全沒(méi)有反向電流,從下圖可見(jiàn)到它的理想波形。
當(dāng)輸入正弦波跨越零伏特時(shí),二極體關(guān)斷并未立即發(fā)生,而是有一段短暫但明顯的反向傳導(dǎo)時(shí)間;此外,輸出波形到零的過(guò)程(步驟到零)非??焖?,因此在激發(fā)頻率的諧波是產(chǎn)生EMI的「沃土」,這可能非常難以控制與抑制。
線路頻率,短路電流脈沖真的會(huì)產(chǎn)生某種程度的嚴(yán)重的EMI與漣波(紋波)問(wèn)題;舉例來(lái)說(shuō),粗估一個(gè)速度相當(dāng)緩慢的二極體1N4007,其標(biāo)稱恢復(fù)時(shí)間為30μSec。
激發(fā)頻率是60GHz,半周期是1/120秒或是8.3333 mSec,反向電流傳導(dǎo)角度會(huì)是180°乘以30μSec,再除以8.3333 mSec,結(jié)果為0.648°。如果施加120V RMS的激發(fā)能階,以及0.648°的激發(fā)電壓:120×sqrt(2)×sin(0.648°)= 1.92V,這樣的結(jié)果足以驅(qū)動(dòng)我們不想要的短路脈沖電流,如同上面“瞬間短路”那張圖中顯示的紅色箭頭。
在這類應(yīng)用中你會(huì)被告知需要使用快速恢復(fù)二極體,盡管其線路頻率很低;因?yàn)槟切┟}沖事件會(huì)在每一個(gè)AC輸入周期發(fā)生兩次,是相當(dāng)嚴(yán)重的問(wèn)題透過(guò)采用快速恢復(fù)二極體,情況會(huì)像是下圖所顯示,那些不受歡迎的脈沖效應(yīng)會(huì)弱得多。
儲(chǔ)存電荷一直被視為「敵人」,但有時(shí)候如果我們想利用它,也是可以「化敵為友」;如果我們將激發(fā)頻率從60赫茲或400Hz的的電源線數(shù)字提高到HF / VHF / UHF等無(wú)線電頻率,并采用名為躍階恢復(fù)二極體(step recovery diode)的元件。
接下來(lái)我們看另外一種元件,高頻二極體(PIN二極體);這種元件在激發(fā)頻率夠高時(shí),儲(chǔ)存電荷永遠(yuǎn)不會(huì)故意耗盡;我們可以利用PIN二極體動(dòng)態(tài)阻抗會(huì)隨著電流乘載水準(zhǔn)之函數(shù)而變化的特性,該特性把PIN二極體當(dāng)作可變射頻/微波訊號(hào)衰減元件(RF /微波信號(hào)衰減器元件)來(lái)運(yùn)用。
編譯:Judith Cheng
參考原文: Storage charge: an enemy and a friend,by John Dunn
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