到底是什么决定了二极管的最高工作频率？
2021-03-25
来源：电子工程专辑
硬件工程师，应该都用过二极管的吧，不过也许有一个误区，大多数人可能并不知道，或者说是理解有问题，下面就来细细说下。
一个问题
先提一个问题：到底是什么决定了二极管的最高工作频率？
估计有不少人会回答是二极管反向恢复时间Trr，也有人会说是二极管结电容，那到底谁是对的呢？或者说都一样，反向恢复时间由结电容决定？
到底什么决定了二极管的最高工作频率，我们暂且不论，不过需要知道的是，二极管的反向恢复时间和结电容根本就是两回事，反向恢复时间绝不能等同于结电容的充放电时间。
为什么我这么说呢？先来看下面事实。
简易基础
为了照顾下成绩不好的同学，我先简单说下什么是结电容，什么是二极管的反向恢复时间，已经知道的同学可以跳到后面去。
结电容
二极管会存在寄生电容，这个电容主要就是结电容，这是简单的二极管模型。
反向恢复时间
实际应用中的二极管，在电压突然反向时，二极管电流并不是很快减小到0，而是会有比较大的反向电流存在，这个反向电流降低到最大值的0.1倍所需的时间，就是反向恢复时间。
这两个参数先这么介绍吧，比较粗糙，真要说清楚都是怎么来的，这几行字是远远不够的。
我们继续本文重点，为什么说反向恢复时间绝不能等同于结电容的充放电时间。
事实情况
一般厂家的二极管会给出结电容和反向恢复时间Trr的参数，我们现在来对比一下4种不同类型的二极管参数。
分别为肖特基二极管，超快恢复二极管，快恢复二极管，普通二极管。
为了让结果更有说服力，我们保证4种二极管的生产厂家，耐压，封装，最大工作电流一致。这里选择厂家为DIODE美台半导体（随便选的，它们家的规格书好找），最大反向耐压都为100V，封装都是SMA，最大工作电流为1A。
型号分别是：
肖特基二极管：B1100-13-F
超快恢复二极管：US1B-13-F
快恢复二极管：RS1B-13-F
普通二极管：S1B-13-F
这几个二极管的规格书都很容易找到，我也放到了网盘，可以在我的微信公众号后台回复“器件”，就可以下载了。
这几个二极管参数截图如下
我整理了一下，参数如下表：
对的，你没看错，肖特基二极管的结电容是这里面最大的。肖特基二极管的工作频率不是最高的吗？怎么结电容反而是最大的？
虽然规格书手册中，没有列出来肖特基二极管的反向恢复时间，但是我们应该都知道，它的反向恢复时间是最小的。
严格来说，肖特基二极管本身的工作原理与PN结二极管是不一样的，它是不存在反向恢复时间的。只是毕竟有寄生电容的存在，所以工作频率也有一个上限。具体肖特基二极管的工作原理后面可以找机会说说。
我们知道，这几种二极管的最高工作频率顺序是下面这样的
而现在我们知道，它们的结电容，肖特基是最大的，为80pF。其它三个二极管差不多，为10pF-20pF，但是反向恢复时间相互之间差了一个数量级。
另外，我们假设反向恢复时间就是结电容的充电时间，我们可以计算下充满结电容需要的时间是多长。
以快恢复二极管RS1B-13F为例，其结电容是15pF，反向恢复电流如下图（规格书中提取的）。平均反向电流大概是0.5A，那么将15pF从0V充到-50V的时间很容易计算出来，是1.5ns，这比实际的反向恢复时间150ns短很多。
所以可以肯定的是，反向恢复时间的长短，不是由PN结电容决定的。
问题答案
那回到最初的问题，二极管的最高工作频率由什么参数决定呢？
其实很容易想到：
1、如果结电容太大，工作频率高不了。因为频率越高，电容的阻抗越低，信号都从电容直接过去了，二极管失去了反向截止的作用。
2、如果反向恢复时间太大，工作频率也高不了。因为频率越高，电压翻转越快，反偏之后反向电流还没恢复，电压又变了，二极管也失去了反向截止的作用。
所以，总的来说，结电容和反向恢复时间，都会影响二极管的最高工作频率。具体由谁决定，那看谁的影响更大。
肖特基二极管的反向恢复时间很短，所以其工作频率由结电容决定。
PN结二极管，其反向恢复时间的影响远大于结电容的影响，结电容一般也就几十pF，因此其最高工作频率由反向恢复时间决定。
而与此同时，我们知道，肖特基二极管与PN结二极管相比，肖特基速度是最快的，可以工作在更高的频率。
结尾
文章说明了一个事实，反向恢复时间并不是结电容的充放电时间。
其实还有新的问题：
1、比如结电容是怎么来的呢？
既然有结电容存在，按照前面的二极管模型，那电压是不能突变的，可是我们在定义反向恢复时间的时候，前提就是电压突变，这这这，什么鬼？
2、二极管有反向恢复时间到底又是怎么回事呢？为什么会存在？
这两个问题搞清楚并不容易，短短几句话概括肯定是说不清楚的，我下期专门解释这两个问题，敬请期待……