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什么是快速恢复二级管（FRD）？

2023-09-14

快恢复二极管是一种半导体器件，用于高频整流时具有短的反向恢复时间。快速恢复时间对于高频交流信号的整流至关重要。由于具有超高的开关速度，二极管主要用于整流器中。
传统二极管的主要问题是具有相当长的恢复时间。因此，传统二极管无法进行高频整流。
快恢复二极管的结构与普通二极管相似。这些二极管与传统二极管的结构主要区别在于存在复合中心。在快恢复二极管中，将金（Au）添加到半导体材料中。这会增加复合中心的数量，从而降低载流子的寿命（τ）。
这些二极管使用的半导体材料是砷化镓（GaAs）。通过在半导体材料中添加金（Au），恢复时间变短（约为0.1纳秒）。另一方面，硅的恢复时间在1-5纳秒之间。因此，很明显，添加金等材料会减少恢复时间。
快恢复二极管的工作原理如下：考虑一个低频交流信号，如果在需要低电压直流的应用中使用该信号，则需要一个整流器将交流转换为直流。如果我们使用传统二极管进行整流，可能会有效地进行整流。
但是，如果要整流高频交流信号，则二极管可能无法正常工作。原因是在低频情况下，信号脉冲的宽度较大，即二极管在正半周期和负半周期之间有足够的时间来改变其状态。
可以理解为信号击打得比较慢。因此，二极管可以轻松地在正半信号和负半信号之间切换。但是，当高频信号击打二极管进行整流时，情况就不同了。
当信号频率增加时，时间周期减小，因为信号频率与信号时间周期成反比。因此，在高频情况下，脉冲宽度变小。
这导致交流信号从正半周期迅速变为负半周期。在这种情况下，如果我们要整流这样的信号，就需要具有低恢复时间的二极管，以便它能够快速从正半信号切换到负半信号。二极管的整流速度应与交流信号的频率相匹配。
快恢复二极管就是用于这种应用的。在半导体材料中添加金（Au）会增加复合中心的密度。这会降低载流子的寿命（τ），使其快速复合和恢复。
值得注意的是，二极管的恢复时间与载流子的寿命（τ）成正比。因此，载流子的寿命越长，从正向偏置恢复所需的时间就越长，反之亦然。
因此，通过在半导体中添加这种材料，我们大大提高了二极管的开关速度，使其可以用于高频应用。它们具有快速的恢复时间，因此被称为快恢复二极管或快速整流二极管。
快恢复二极管的局限性在于我们不能无限增加复合中心。虽然我们可以添加金原子来创建更多的复合中心，并通过降低恢复时间来增加开关时间，但与此同时，反向电流也会增加。二极管的反向电流与复合中心成正比。
快恢复二极管可以根据其结构分为两种类型：扩散P-N结二极管和金属半导体二极管。金属半导体二极管具有超高的开关速度，因为它们仅涉及多数载流子，少数载流子存储的影响可以忽略不计。它们还可以根据最大平均整流电流、封装类型和工作电压进行分类。
快恢复二极管的优点包括超高的开关速度、低反向恢复时间、与传统二极管相比的改进效率和降低的损耗。然而，缺点是当通过添加金来增加复合中心时，它们具有较高的反向电流。
快恢复二极管的应用包括整流器（尤其是高频整流器）、各种工业和商业领域的电子电路以及汽车行业、用于检测高频射频波的无线电信号检测器，以及模拟和数字通信电路中用于整流和调制的目的。快恢复二极管之所以被称为快恢复二极管，是因为其反向恢复时间极短，能够快速从反向模式切换到正向模式。

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