1、二級管

1.1肖特基二極管和硅二極管選型比較

?肖特基二極管的優勢主要在速度和壓降，對這兩個沒要求的場景，那自然選擇更便宜的由硅構成的二極管。

1. 二極管導通電壓
   ?提起二極管導通電壓，估計腦子里面都是0.7V，形成這個印象其實并不好，有4 點原因。
   ?1、這個0.7V，說的是硅二極管，肖特基二極管要更低。
   ?我們經常使用二極管串聯在電源支路上面，防止倒灌。那你擔心過二極管上面壓降太大嗎？
   
   ?在對壓降有要求的地方，可能用的就是肖特基二極管，它的壓降有多低呢？
   ?以英飛凌的BAT60BE237 為例子吧，我截個圖給大家看看。
   
   ?通過10mA 的電流，壓降才0.24V。
   ?對于一些小電流防倒灌的場合，電壓不能下降太多，肖特基二極管就比較實用了。如果工作電流更小，可能壓降才零點一幾伏。
   ?所以，不要看到個電路中串了個二極管，就覺得這個壓降是0.7V。
   ?2、導通電壓門限，這本身就是個模糊的定義
   ?我們知道二極管的伏安特性曲線是對數關系，那到底是通過1mA 電流時看作開始導通，還是10mA？100mA？
   
   ?3、導通電壓有時會到1V 以上，不同型號也相差比較大
   ?總會有用到大電流的時候，其實也不用太大，1A 就行。這時硅構成的二極管，它導通電壓其實一般都到1V 左右了。
   ?下圖是DIODES 品牌的超快恢復二極管系列，可以看到1A 時，導通電壓在1V 以上，其中耐壓600V以上的二極管導通電壓都到了1.7V。
   
   ?4、發光二極管導通壓降差異更大
   
   ?發光二極管也是二極管，不過它的區別就更大了。
   ?發光二極管有多種顏色，他們的導通電壓都不相同：例如紅色為2V 左右、藍色約2.8V 左右等等。
   ?所以，在腦子里面形成潛意識，二極管導通電壓為0.7V，非常不好。
2. 二極管漏電流
   ?這個參數，值得一提的是，肖特基二極管的漏電流，是硅二極管的100 倍左右。
   ?還有一點就是，漏電流與溫度有很大的關系。溫度越高，漏電流越大。
   ?硅二極管溫度越高，漏電流越大，是原因硅二極管的漏電流是由少子決定的，溫度越高，本征激發越強烈，少子濃度會升高，所以漏電流就越大了。
   ?下面對比下某肖特基二極管和硅二極管的漏電流大小。
   
   ?可以看到，肖特基二極管漏電流較大，在100 攝氏度時甚至到了5mA。
   ?與此同時，漏電流的大小與溫度有很大關系，125℃是25℃的幾十倍。
   ?其它幾個參數簡單提下
   ?反向恢復時間：實際應用中的二極管，在電壓突然反向時，二極管電流并不是很快減小到0，而是會有比較大的反向電流存在，這個反向電流降低到最大值的0.1 倍所需的時間，就是反向恢復時間。
   ?工作頻率：由反向恢復時間決定的。
   ?耐壓：記住肖特基二極管耐壓值，很難做高就行吧，一般不超過100V，當然，更高的也有，這里只說常見的。而硅二極管可以做很高。

1.2到底是什么決定了二極管的最高工作頻率？

?估計有不少人會回答是二極管反向恢復時間Trr，也有人會說是二極管結電容，那到底誰是對的呢？
?或者說都一樣，反向恢復時間由結電容決定？
?結電容Cj or 反向恢復時間Trr
?到底什么決定了二極管的最高工作頻率，我們暫且不論，不過需要知道的是，二極管的反向恢復時間和結電容不是一回事，反向恢復時間絕不能等同于二極管手冊中結電容的充放電時間。

• 結電容
  ?二極管會存在寄生電容，這個電容主要就是結電容，這是簡單的二極管模型。
  
• 反向恢復時間
  ?實際應用中的二極管，在電壓突然反向時，二極管電流并不是很快減小到0，而是會有比較大的反向電流存在，這個反向電流降低到最大值的0.1 倍所需的時間，就是反向恢復時間。
  
  ?一般廠家的二極管會給出結電容和反向恢復時間Trr 的參數，我們現在來對比一下4 種不同類型的二極管參數。
  ?分別為肖特基二極管，超快恢復二極管，快恢復二極管，普通二極管。
  ?為了讓結果更有說服力，我們保證4 種二極管的生產廠家，耐壓，封裝，最大工作電流一致。這里選擇廠家為DIODE 美臺半導體，最大反向耐壓都為100V，封裝都是SMA，最大工作電流為1A。
  ?型號分別是：
  ?肖特基二極管：B1100-13-F
  ?超快恢復二極管：US1B-13-F
  ?快恢復二極管：RS1B-13-F
  ?普通二極管：S1B-13-F
  ?這幾個二極管參數截圖如下：
  
  
  ?肖特基二極管的結電容是這里面最大的。肖特基二極管的工作頻率不是最高的嗎？怎么結電容反而是最大的？
  ?雖然規格書手冊中，沒有列出來肖特基二極管的反向恢復時間，但是我們應該都知道，它的反向恢復時間是最小的。
  ?嚴格來說，肖特基二極管本身的工作原理與硅二極管是不一樣的，它是不存在反向恢復時間的。只是畢竟有寄生電容的存在，所以工作頻率也有一個上限
  ?我們知道，這幾種二極管的最高工作頻率順序是下面這樣的
  
  ?而現在我們知道，它們的結電容，肖特基是最大的，為80pF。其它三個二極管差不多，為10pF-20pF，但是反向恢復時間相互之間差了一個數量級。
  ?另外，我們假設反向恢復時間就是結電容的充電時間，我們可以計算下充滿結電容需要的時間是多長。
  ?以快恢復二極管RS1B-13F 為例，其結電容是15pF，反向恢復電流如下圖（規格書中提取的）。平均反向電流大概是0.5A，那么將15pF 從0V 充到-50V 的時間很容易計算出來，是1.5ns，這比實際的反向恢復時間150ns 短很多。
  
  ?所以可以肯定的是，反向恢復時間的長短，不是由二極管手冊標注的那個結電容決定的。
  ?其實很容易想到：
  ?1、如果結電容太大，工作頻率高不了。因為頻率越高，電容的阻抗越低，信號都從電容直接過去了，二極管失去了反向截止的作用。
  ?2、如果反向恢復時間太大，工作頻率也高不了。因為頻率越高，電壓翻轉越快，反偏之后反向電流還沒恢復，電壓又變了，二極管也失去了反向截止的作用。
  ?所以，總的來說，結電容和反向恢復時間，都會影響二極管的最高工作頻率。具體由誰決定，那看誰的影響更大。
  ?肖特基二極管的反向恢復時間很短，所以其工作頻率由結電容決定。
  ?硅二極管，其反向恢復時間的影響遠大于結電容的影響，結電容一般也就幾十pF，因此其最高工作頻率由反向恢復時間決定。
  ?而與此同時，我們知道，肖特基二極管與硅二極管相比，肖特基速度是最快的，可以工作在更高的頻率。
  ?反向恢復時間并不是手冊標注的結電容的充放電時間。

1.3二極管結電容和反向恢復時間都是怎么來的

1. 結電容
   
   ?二極管是兩個管腳的器件，兩個管腳會形成電容，不過這個電容很小，相比結電容來說，可以忽略不計了。
   ?那結電容到底指的是什么呢？所有的道理，其實都在PN 結里面，我們稍稍深入了解下PN 結，答案就出來了。
   ?結電容有兩種，分別是勢壘電容和擴散電容。

• 勢壘電容
  ?我們知道，P 區空穴多，N 區電子多，因為擴散，會在中間形成內建電場區。N 區那邊失去電子帶正電荷，P 區那邊得到電子帶負電荷。
  
  ?當給PN 結加上穩定的電壓，那么穩定后，內建電場區的厚度也會穩定為一個值，也就是說內部電荷一定。如果PN 結上的電壓向反偏的方向增大，那么內建電場區厚度也增加，即內部電荷增多。反之，如果電壓減小，那么內部電荷減少。
  ?這樣一看，不就和電容充放電現象一樣嗎？
  ?PN 結兩端電壓變化，引起積累在中間區域的電荷數量的改變，從而呈現電容效應，這個電容就是勢壘電容。
  ?上面是對結電容的理解，那么這個結電容大小等于多少呢？如下圖
  
  ?我們知道，勢壘寬度，也就是內建電場區的寬度，是與電壓相關的。所以說，不同的電壓下，勢壘電容的大小也是不同的。
  ?所以，當你隨意翻開某二極管的規格書，你看到的結電容參數，它會指定測試條件。通常這個條件是1MHz，電壓為-4V（反偏）。
  

?事實表明，二極管在反偏時，勢壘電容起主要作用，而正偏時，擴散電容起主要作用。下面看看擴散電容。

• 擴散電容
  ?相比與勢壘電容，擴散電容要更難以理解。
  ?擴散電容：當有外加正向偏壓時，在p-n 結兩側的少子擴散區內，都有一定的少數載流子的積累，而且它們的密度隨電壓而變化，形成一個附加的電容效應，稱為擴散電容。
  ?當PN 結加上正向電壓，內部電場區被削弱，因為濃度差異，P 區空穴向N 區擴散，N 區的電子向P區擴散。
  

?擴散的空穴和電子在內部電場區相遇，會有部分空穴和電子復合而消失，也有部分沒有消失。沒有復合的空穴和電子穿過內部電場區，空穴進入N 區，電子進入P 區。
?進入N 區的空穴，并不是立馬和N 區的多子-電子復合消失，而是在一定的距離內，一部分繼續擴散，一部分與N 區的電子復合消失。
?顯然，N 區中靠近內部電場區處的空穴濃度是最高的，距離N 區越遠，濃度越低，因為空穴不斷復合消失。同理，P 區也是一樣，濃度隨著遠離內部電場區而逐漸降低。總體濃度分布如下圖所示。

?當外部電壓穩定不變的時候，最終P 區中的電子，N 區中的空穴濃度也是穩定的。也就是說，P 區中存儲了數量一定的電子，N 區中存儲了數量一定的空穴。如果外部電壓不變，存儲的電子和空穴數量就不會發生變化，也就是說穩定存儲了一定的電荷。
?但是，如果電壓發生變化，比如正向電壓降低，電流減小，單位時間內涌入N 區中的空穴也會減小，這樣N 區中空穴濃度必然會降低。同理，P 區中電子濃度也降低。所以，穩定后，存儲的電子和空穴的數量想比之前會更少，也就是說存儲的電荷就變少了。

?這不就是一個電容嗎？電壓變化，存儲的電荷量也發生了變化，跟電容的表現一模一樣，這電容就是擴散電容了。
?那這個電容大小是多少呢？

?擴散電容隨正向偏壓按指數規律增加。這也是擴散電容在大的正向偏壓下起主要作用的原因。

?如上圖，二極管的電流也與正向偏壓按指數規律增加，所以，擴散電容的大小與電流的大小差不多是正比的關系。

• 為什么是少數載流子的積累呈現電容效應？多子不行嗎？
  ?少數載流子，指的是N 區中的空穴，P 區中的電子。要知道，N 區中有更多的電子，就因為P 區中的空穴擴散到N 區，N 區就帶正電了嗎？
  ?假如沒有擴散作用，N 區中電子是多子，且電子帶負電，但是整個N 區是電中性的，因為N 區是硅原子和正五價原子構成，它們都是中性的。同理P 區中空穴是多子，整體也是電中性的。
  

?現在將N 區和P 區放到一起，并加上正電壓，就有了正向電流。N 區的電子向P 區移動，P 區的空穴向N 區移動，如果電子和空穴都在交界處復合消失，那么N 區和P 區還是電中性的。
?但事實是，電子和空穴有的會擦肩而過，電子會在沖進P 區，空穴也會沖進N 區。盡管P 區有很多空穴，電子進入后也不會馬上和空穴復合消失，而是會存在一段時間。這時如果我們看P 區整體，它不再是電中性了，它有了凈電荷。電荷數量就是還沒有復合的電子數量，也就是少數載流子的數量。同理，N區也有凈電荷，為少數載流子空穴的數量。
?所以說，擴散電容是少數載流子的積累效應。
?事實表明，PN 結正偏的時候，結電容主要是擴散電容，PN 結反偏的時候，結電容主要是勢壘電容。

2. 反向恢復時間
   ?由PN 結構成的二極管都會有一個trr 的參數，這個參數就是二極管的反向恢復時間。
   
   ?從上一節內容我們知道，trr 這個參數決定了二極管的最高工作頻率。
   ?那反向恢復時間到底是怎么來的呢？我們來看下面這個圖
   

?在t＜0 時，二極管接正向電源，正向電流為（Vf-Va）/Rf。
?可以想象，此時PN 結處充斥的很多的載流子，也就是存儲了很多的電荷。
?如果我們開啟上帝視角，會發現，整個PN 結，包括內建電場區，到處都有載流子存在。也就是說，現在整個PN 結相當于是良導體，如果電源迅速反向，電流也是可以迅速反向的。

?在t=0 時，二極管接反向電源，但是此時PN 結正偏的特性不會馬上改變。
?為什么PN 結的正偏特性不會改變呢？
?可以這么看，PN 結反偏時內建電場區是基本沒有電荷的，很明顯，現在存了很多電荷，不把這些電荷搞掉，正偏特性不會變化的。也可以理解為是結電容導致電壓不能突變，電荷沒放完，結兩端的電壓就不會變反向。
?與此同時，因為存儲了大量電荷，此時PN 結可以看成良導體，電流立馬反向，反向電流為（Vr+Va）/Rr。
?不過需要注意，這時電流的成因是少數載流子反向運動的結果，隨著時間推移，少數載流子數量是越來越少的。

?在t=ts 時，PN 結中心處少數載流子被消耗光了，此時PN 結的內建電場區開始建立，二極管開始恢復阻斷能力。在這之后，P 區和N 區剩余的載流子已經不能反向運動了，因為中間斷了。不過，P 區和N區還有剩余的載流子存在，并不為0，幾個時刻的載流子濃度分布如下圖。

?在t>ts 之后，中間被阻斷，那是不是整體電流就立馬下降到0 呢？其實不是的，電流還是存在的，因為P 區和N 區各自剩余的少數載流子并沒有達到熱平衡，最終會復合消失，這個復合會產生電流。
?這個可能不好理解，中間都斷了，不允許電荷穿過，怎么還能有電流呢？
?P 區剩余的少數載流子是電子，前面說過，這導致P 區整體看起來帶負電。復合完成之后，P 區整體是不帶電的，這些電荷必然是慢慢回到了電源，那自然就有了電流。
?這類似于電容充放電會形成電流，電容充放電時，兩極板中間絕緣，也不會有電荷移動。
?所以，盡管中間阻斷了，也還是有電流的，只有當重新達到熱平衡，復合電流才會為0。
?整個過程，電源電壓，二極管兩端電壓，反向電流的波形圖如下所示，圖中的trr 就是反向恢復時間

?如果上網多看看的話，我們有時也會看到這樣的圖，二極管反向電流最大值的地方并不是平的，并且二極管兩端電壓會出現反向尖峰。

?那到底哪個圖是對的呢？
?其實，這個差異，僅僅只是電路的不同。如果看明白前面說的二極管反向恢復電流的形成過程，這個圖也就能理解了。
?前面畫的波形，我們的電路中串聯有電阻，當沒有這個電阻的時候，或者說電阻很小的時候。反向電流會非常大，而從正向電流變為反向電流，這需要時間，這會導致di/dt 非常大。此時，電路中的電感就不能忽略了，因為有電感的存在，導致二極管兩端會存在比電源還大的電壓，也就是反向電壓尖峰。

?整個過程如下：
?在t<0 時，電感有正向的電流。
?在t=0 時，電源突然反向，因為二極管內部充滿電荷，此時相當于導體，所以壓降很小，這導致反向電壓全都落在了電感上面，因此電流以斜率為di/dt=(Vr+Va)/L 下降。
?在t=ts 時，二極管開始恢復阻斷能力，此時電流達到最大，隨后反向電流會下降。
?在t>ts 后，二極管的電流為復合電流，隨著載流子越來越少，電流也越來越小。此時電感會阻礙電流變小，因此會產生反向感應電壓，這會導致在二極管兩側的反向電壓比電源電壓還大，也就是會出現反向電壓尖峰Vrm。隨著時間越來越長，復合電流基本為0 了，電感電壓也就基本為0 了，此時二極管兩端電壓也就等于電源電壓Vr。
?總的來說，反向恢復時間就是正向導通時PN 結存儲的電荷耗盡所需要的時間。
?因此，就很容易明白下面這些：
?1、反向電源電壓越小，反向恢復電流越小，電荷耗盡越慢，反向恢復時間越長。
?2、正向電流越大，存儲的電荷越多，耗盡時間越長，反向恢復時間越長。
?3、半導體材料的載流子復合效率越低，壽命越長，電荷耗盡時間越長，反向恢復時間越長。

1.4肖特基二極管的工作原理

1. 肖特基二極管的工作原理
   ?肖特基二極管，本質上就是金屬和半導體材料接觸的時候，在界面半導體處的能帶彎曲，形成了肖特基勢壘。
   

?通俗理解就是金屬和半導體（一般是N 型的）接觸的時候，電子會從半導體跑到金屬里面去。半導體失去電子，就會帶正電，形成空間電荷區（不可移動的正離子構成），這個空間電荷區會阻止電子繼續移動，也就形成了肖特基勢壘。

?當在這個勢壘上面加上正向電壓（金屬電壓>半導體電壓），那么半導體和金屬之間的勢壘就降低了。如此一來呢，電子就會從半導體流向金屬，從而形成正向電流。
?反之，當加上反向電壓，勢壘被加大，電流基本為0，也就是說反偏截止了。
?估計會有疑問：擴散不是從濃度高向濃度低的方向擴散？怎么會是金屬失去電子呢？金屬的自由電子那么多，搞錯了？
?這么理解吧，一個金屬塊，里面有很多自由電子，我們稱它們“自由”，說的是它們在這個金屬塊里面可以自由的移動，只有加一點點電壓，電子就能在金屬塊內運動。
?但是如果想讓它們脫離金屬，飛到真空中去，這個應該是挺難的吧。難歸難，就有一個參數衡量到底有多難，那就是功函數。
?功函數也叫逸出功，就是把電子從固體內部弄到外部去，所需的最少的能量。
?事實表明，這個能量，金屬要比半導體（半導體稱為電子親合能）要大。所以，電子更難脫離金屬，而半導體相對容易一點。
?因此，金屬與半導體搞到一起的時候，是金屬得到電子。

?P 型半導體，N 型半導體，里面其實絕大多數都是硅，只是摻雜了少許雜質，它們的主要特性沒有變化，就是硅晶體，可以看作是同一種材料。

?而金屬和半導體，它們完全是兩種材料，得失電子就要考慮逸出功。
?其實，P 型半導體和N 型半導體，我們也是可以考慮逸出功的。只不過它們可以看作是一種材料，逸出功是一樣的，也就是沒有影響，所以一般也就不提了，主要考慮擴散作用了。
?問題又來了：你說金屬與半導體接觸會形成肖特基二極管，那我們實際用的PN 結二極管，焊接的兩個管腳是金屬導體吧，而里面又是半導體。
所以肯定有金屬和半導體接觸吧，怎么沒聽說形成了肖特基二極管？
?這里呢，需要說明一下，金屬與半導體相接觸，并不是一定會形成二極管。
?在N 型半導體摻雜很高的時候，形成的勢壘會非常的薄，這時的電子呢，可以通過隧道效應直接就穿過這個薄的勢壘了。
?這時候，這個勢壘就相當于是一個低阻值的電阻了，沒有二極管的整流特性。這種接觸稱為歐姆接觸。

?而摻雜低的時候，形成的勢壘相對較寬，電子就不能因為隧道效應越過勢壘區了，這時候會形成二極管，這種金屬-半導體接觸就叫肖特基接觸。

2. 肖特基二極管為什么速度快
?都知道肖特基二極管比普通的二極管的速度更快，那為什么呢？
?通過我們前面的文章知道，普通二極管的速度慢，其原因就是因為有反向恢復時間，而反向恢復時間是因為少數載流子的存儲作用導致的。
?而從肖特基二極管的工作原理可以看出，它只有一種載流子，那就是電子，也是多子。
?所以就不存在反向恢復時間了，或者說反向恢復時間很短吧。

1.5為什么要用肖特基二極管續流？

?我們來看一個問題：
?為什么開關電源中，一般用肖特基二極管續流，不用快恢復二極管呢？
?答案主要有兩點：
?一是肖特基二極管導通電壓更低。
?二是肖特基二極管速度更快，反向恢復時間更小。
?如此一來，使用肖特基二極管肯定損耗是更小的，溫度更低，也不會燙成狗，這樣整個開關電源效率也更高。
?結合實例，對比肖特基和快恢復二極管兩者的差異。

?這次我們重點關注圖中的二極管，當然了，這個二極管一般使用肖特基二極管，圖中使用的是MBR735，也是一個肖特基二極管。
?我們看一下二極管的電流和電壓波形，如下圖：

?可以看到，這個肖特基二極管的導通時間是0.5V 左右。
?另一方面，二極管在導通到截止切換時，電流有一個向下的脈沖，峰值可以達到-1.2A，這個是反向電流。
?也就是說，二極管存在反向導通的時間，并不能在電壓反向時馬上截止。
?我們把下沖拉開看看，如下圖：

?大的負電流持續的時間大概是2ns 左右，在6ns 時電流完全降低到0。

• 為什么會有這個負電流呢？
  ?這是因為肖特基二極管存在結電容，這個結電容大概是200pF 左右，比硅二極管要大（硅一般是20pF 左右，這里的數值僅供參考，不同二極管不同），電容電壓發生變化，自然會有充放電發生，就形成了電流。
  ?也有個說法是肖特基二極管也存在反向恢復時間，只不過很短，小于10ns。
  ?不過我的看法是肖特基是不存在反向恢復時間的，因為反向恢復時間一般認為是少數載流子的存儲效應導致的，而肖特基二極管是由肖特基結構成的，不存在少子。但是肖特基二極管它存在結電容，而且這個結電容比硅二極管要大，這個結電容引起的效果有點像是反向恢復時間。
  ?總之意思大概就是，肖特基二極管的反向電流會比較小，持續時間也會比較短。
  ?以上是肖特基二極管的情況，下面看看超快恢復二極管。
  ?換為超快恢復二極管
  

?電路只將二極管換成了超快恢復二極管MURS320。
?從它的手冊里面可以知道，反向恢復時間最大是35ns，這在二極管中這已經是相當小的。我們也看一下它的電流和電壓波形。

?可以看到，導通電壓要更高一些，是0.7V 左右。這個下沖就更明顯了，直接達到了-38A 左右，有點嚇人。
?我們也把下沖拉開看看。

?可以看到，持續的時間大概是5ns 左右。這里可能有一個疑問：前面不是說這個管子反向恢復時間是35ns 左右嗎？怎么現在這么小？
?我的想法是，反向恢復時間是在一定條件下測試的，反向電流是有限制的，如下圖：

?而我們這個boost 電路，肯定跟這個測試電路是不同的，在反向時，并沒有什么別的器件能阻礙反向電流，所以反向電流會比較大。
?并且，二極管反向恢復時間，就是正向導通時PN 結存儲的少數載流子電荷耗盡所需要的時間。
?反向截止之前，正向電流一定，那么存儲的電荷就一定。截止切換時，反向電流越大，那么存儲的電荷消耗得就越快，進而導致持續的時間越短，所以我們看起來的反向恢復時間與二極管手冊里面有較大區別。

• 超快恢復換成普通硅二極管會怎么樣？
  ?結果是：換成普通硅二極管之后，這個boost 直接工作異常，輸出電壓不對了，直接gg。
  ?原因想想也很簡單，普通硅二極管的反向恢復時間都到了us 級別了，開關頻率300Khz，周期就是3.3us，半個周期是1.67us，在這個頻率下，二極管基本可以看作是一直導通了。

2、三極管

2.1三極管工作原理分析

?
?
?
?
?
?

e = -$\frac{d\phi }{dt}$ = -L$\frac{di}{dt}$
w = $\frac{1}{\sqrt{L}C}$
$\overrightarrow{AB}$
$\int$
$\sqrt{L}C$

敬請期待。。。