階躍恢復二極管基礎知識

階躍恢復二極管（Step-Recovary Diode）：它與快恢復二極管有所不同，其主要特點是關斷時的下降時間tf幾乎為0（為ps數量級），但是，其存儲時間ts卻比較長。而快恢復二極管這種高速開關管的存儲時間和下降時間都很短，所以其總的反向恢復時間很短。不過，在實現很短的反向恢復時間中所采取的措施，主要是著眼于減短存儲時間，而下降時間還往往對開關性能有著一定的影響（即關斷時的反向電流波形有一定的拖尾）。

階躍二極管又被稱為階躍恢復二極管，從導通切換到關閉時的反向恢復時間trr短，因此，其特長是急速地變成關閉的轉移時間顯著地短。如果對階躍二極管施加正弦波，那么，因tt（轉移時間）短，所以輸出波形急驟地被夾斷，故能產生很多高頻諧波。它也是一種具有PN結的二極管。其結構上的特點是：在PN結邊界處具有陡峭的雜質分布區(qū)，從而形成“自助電場”。由于PN結在正向偏壓下，以少數載流子導電，并在PN結附近具有電荷存貯效應，使其反向電流需要經歷一個“存貯時間”后才能降至最小值（反向飽和電流值）。

階躍恢復二極管是一種特殊的變容管，也稱作電荷儲存二極管，簡稱階躍管，它具有高度非線性的電抗，應用于倍頻器時代獨有的特點，利用其反向恢復電流的快速突變中所包含的豐富諧波，可獲得高效率的高次倍頻，它是微波領域中優(yōu)良的倍頻元件。

特性

階躍恢復二極管的特性：在存儲電荷消失之后（t=ts時）反向電流突然降為0，即消除了關斷時的反向電流拖尾。這種二極管不僅具有極短的下降時間，而且也具有很好的正向導電性能。正因為這種很好的正向導電性，所以它在正向電壓時將會存儲大量的少數載流子電荷，同時關斷的存儲時間也較長。由于階躍恢復二極管在正向工作時將存儲有大量的少數載流子電荷，所以它是一種很好的所謂電荷存儲二極管。

如何實現階躍恢復二極管在關斷過程中的下降時間tf≈0？基本的考慮應該是：當存儲時間ts結束后，在p-n結勢壘區(qū)邊緣處的少數載流子濃度梯度需要變?yōu)?。這可采用在擴散區(qū)中設置由勢壘區(qū)指向擴散區(qū)的內建電場來達到。因為這種方向的內建電場雖然對于少數載流子的正向擴散具有加速作用，但是對于反向的擴散卻具有阻擋作用，即在p-n結關斷時具有拉住少數載流子、不讓它們流入勢壘區(qū)的作用；這樣一來，在全部存儲的少數載流子消失之前，在勢壘區(qū)邊緣處的少數載流子濃度不可能變?yōu)?，于是就必能得到dp/dx=0，即反向擴散電流很快下降到0，所以下降時間tf≈0。

階躍恢復二極管中的內建電場可通過不均勻的摻雜技術來引入。實際上，該二極管在結構上往往就是界面附近處的摻雜濃度分布非常陡峭的p-i-n結（通?？刹捎猛庋蛹夹g來形成）。因為階躍恢復二極管具有這種較為特殊的、與變容二極管相似的雜質濃度分布，所以該二極管也可以看成是一種特殊的變容二極管。

如何制作階躍恢復二極管？所采用的Si，往往是少數載流子壽命較長的材料（0.5～5μs），用以獲得較多的存儲電荷；而在制作快恢復二極管時，為了減短存儲時間，所采用的Si材料的少數載流子壽命都是很短的（比階躍恢復二極管的約短1000倍）。

階躍恢復二極管的直流伏安特性與一般p-n結的相同；一般，其正向壓降較低，反向擊穿電壓較高（采用p-i-n結構之故）。但它在瞬態(tài)響應上非常特殊，由于其下降時間≈0，關斷時電流的變化很急速（電流波形陡峭），因此它是一種具有高度非線性特性的電抗元件，所以在電路應用中能夠產生出豐富的諧波分量。從而，階躍恢復二極管可用于倍頻器、高速脈沖整形與發(fā)生器以及高頻諧波發(fā)生器等。在用作倍頻器時，在高達20次倍頻中仍然能夠保持較高的效率，故它是一種優(yōu)良的微波倍頻元件。

當然，如果能夠做到不僅存儲時間很短，而且下降時間也像階躍恢復二極管那樣近似為0，則這種二極管就必然是極其優(yōu)良的超高速開關二極管。

階躍恢復二極管的工作原理

階躍二極管又被稱為階躍恢復二極管，從導通切換到關閉時的反向恢復時間trr短，因此，其特長是急速地變成關閉的轉移時間顯著地短。如果對階躍二極管施加正弦波，那么，因tt（轉移時間）短，所以輸出波形急驟地被夾斷，故能產生很多高頻諧波。它也是一種具有PN結的二極管。其結構上的特點是：在PN結邊界處具有陡峭的雜質分布區(qū)，從而形成“自助電場”。由于PN結在正向偏壓下，以少數載流子導電，并在PN結附近具有電荷存貯效應，使其反向電流需要經歷一個“存貯時間”后才能降至最小值（反向飽和電流值）。

階躍恢復二極管是一種特殊的變容管，也稱作電荷儲存二極管，簡稱階躍管，它具有高度非線性的電抗，應用于倍頻器時代獨有的特點，利用其反向恢復電流的快速突變中所包含的豐富諧波，可獲得高效率的高次倍頻，它是微波領域中優(yōu)良的倍頻元件。

階躍管的特性是建立在PN結雜質的特殊分布上，和變容管相似，階躍管的符號如圖1所示，它的直流伏安特性與一般PN結構相同。

階躍管的特點：

階躍恢復二極管的“自助電場”縮短了存貯時間，使反向電流快速截止，并產生豐富的諧波分量。利用這些諧波分量可設計出梳狀頻譜發(fā)生電路?？焖訇P斷（階躍恢復）二極管用于脈沖和高次諧波電路中。

當處于導通狀態(tài)的二極管突然加上反向電壓時，瞬間反向電流立即達到最值 IR，并維持一定的時間ts，接差又立即恢復到零。

階躍管的應用

階躍管主要用于倍頻電路和超高速脈沖整形和發(fā)生電路，圖（a） 是一個曲型的高次頻器，利用階躍管，很容易做到高達20次倍頻而仍保持高效率。圖（a）是利用階躍管的脈沖整形電路，圖（c）是整形前后的波形比較。

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