理解功率MOSFET体二极管反向恢复特性

理解功率MOSFET体二极管反向恢复特性

半桥、全桥和LLC的电源系统以及电机控制系统的主功率MOSFET、同步Buck变换器的续流开关管、以及次级同步整流开关管，其体内寄生的二极管都会经历反向电流恢复的过程。功率MOSFET的体二极管的反向恢复性能和快恢复二极管及肖特基二极管相比，其反向恢复速度要低很多，反向恢复电荷也要大很多，因此反向恢复的特性较差。这样，导致二极管的开关损耗增加，降低系统的效率，同时，也会产生较高的振铃，影响功率MOSFET的安全工作。功率MOSFET数据表中，通常给出了一定条件下的Qrr和反向恢复的时间，并没有给出和实际应用相关的、在不同的起始电流和不同的电流下降斜率下，对应的反向恢复特性，本文就讨论这些问题并做详细的分析。

MOSFET的结构及反向恢复波形分析

沟槽Trench型N沟道增强型功率MOSFET的结构如图1所示，在N-epi外延层上扩散形成P基区，然后通过刻蚀技术形成深度超过P基区的沟槽，在沟槽壁上热氧化生成栅氧化层，再用多晶硅填充沟槽，利用自对准工艺形成N+源区，背面的N+substrate为漏区，在栅极加上一定正电压后，沟槽壁侧的P基区反型，形成垂直沟道。由图1中的结构可以看到，P 基区和N-epi形成了一个PN结，即MOSFET的寄生体二极管。

图1 MOSFET内部结构

图2 反向恢复波形

当体二极管外加正向电压VF时，正向电压削弱了PN结的内电场，漂移运动被削弱，扩散运动被增强，扩散和漂移的动态平衡被破坏。结果造成P区的空穴（多子）流向N区，N 区的电子(多子）流向P区，如图1中箭头所示。进入P区的电子和进入N区的空穴分别成为该区的少子。因此，在P区和N区的少子比无外加电压时多，这些多出来的少子称为非平衡少子。这些非平衡少子，依靠积累时浓度差在N区和P区进行扩散。空穴在N区扩散过程中，同N区中的多子电子相遇而复合，距离PN结边界越远，复合掉的空穴就越多。通常把正向导通时，非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。

当体二极管施加反向电压时，P区存储的电子和N区存储的空穴不会马上消失，它们将通过两个途径逐渐减少：

a. 在反向电场作用下，P区电子被拉回N区，N区空穴被拉回P区，形成反向漂移电流；

b. 与多数载流子复合。

通过图2可以很好地说明整个反向恢复的过程。

a. T0～T1阶段，PN结处于正向偏置，即势垒区仍然很窄，PN结的电阻很小，二极管的正向电流以一固定的di/dt逐渐减小，di/dt的大小由外电路决定；

b. T1～T2阶段，二极管的存储电荷在反向电压的作用下开始扫出，但PN结仍未形成耗尽层，反向电流由扫出的过量电荷维持。因此二极管不能承受反向电压，电流仍以di/dt 速率下降；

c. T2～T3阶段，PN结处等离子浓度衰减为0，即在PN结处形成耗尽层，PN结开始承受反向电压。由于二极管反向电压的上升，导致了反向恢复电流的di/dt逐渐减小；在T3时刻，二极管电压达到VDC，di/dt降到0，扫出电流达到最大值，即IRR；

d. T3～T4阶段，反向电流由从等离子区扩散到耗尽层的载流子维持，由于等离子的持续耗散，在空间电荷区的边缘过量电荷浓度的梯度逐渐减小，导致T3后的反向电流将减小。由于负di/dt的存在，二极管上的反向电压将会出现超调，当电流降为0时，反向电压将会达到最大值。T4之后，回路进入了RLC自由振荡阶段。

反向恢复中的di/dt分析

图3 反向恢复仿真电路

由于di/dt直接影响了反向恢复电流IRR的大小，因此分析di/dt的变化对实际应用将会很有意义。为分析影响di/dt大小的因素，设计了图3所示的电路。其中U2为被测器件，U1为开关管，为电感提供电流以及为U2提供反向电压，L1为线路的寄生电感，L2为负载电感，用来提供正向电流IF。

电路工作过程如下，当U1导通时，电感L2的电流上升，其峰值电流为，当U1关断时，L2的电流经U2的体二极管续流，此电流即为二极管的正向导通电流IF。当U1再次打开时，VDC通过L1、U1施加正向电压于U2的体二极管，使其进入反向恢复阶段。

1 T2时刻之前的di/dt分析

在T2时刻之前，U2的体二极管反向导通电阻很小，可以忽略不计，因此根据回路的KVL 方程可得

(1)

由式（1）可知，di/dt由三个因素决定，即VDC，VDS(U1)，L1。VDC越高，VDS(U1)、L1越小，di/dt就越大。下面通过三个试验来研究di/dt的变化情况。

试验1：改变寄生电感

由于回路的寄生电感L1改变比较困难，所以通过仿真的方法来验证di/dt的变化情况。图4为L1为不同电感值的仿真结果，可以看到，电感值越小，di/dt越大，反向恢复电流IRR也越大。

图4 不同L1的反向恢复仿真波形

试验2：改变U1的开通速度

通过控制U1的栅极电容C1来改变U1的开通速度同样也可以改变电流变化率di/dt，这是因为U1的开关速度改变了VDS(U1)的变化率。图5为改变栅极电容的实际测试结果，可以看到随着Cgs的减小，U1的开通速度变快，di/dt变大，反向恢复电流IRR也会变大。但U1的开关速度对di/dt的影响是有限的，因为VDS(U1)对di/dt的影响仅仅是在U1的开通期间（即di/dt变化的初期），当U1完全开通后，di/dt仅由回路的寄生电感L1决定。

图5 不同Cgs下的反向恢复测试结果（非仿真）

试验3：改变正向电流IF

通过改变U1的PWM脉冲的占空比来改变电感中的电流IP，也即二极管的正向导通电流IF。由图6可以看出，当IF大于18A时，其di/dt基本不变，反向恢复峰值电流IRR也基本保持不变，这是因为，在TU1(ON)时刻后，U1已完全导通，VDS(U1)不再变化，所以di/dt不变。但当电流小于12A时，会发现其di/dt变小，反向恢复峰值电流IRR也明显变小，这是因为在TU1(ON)时刻前，U1尚未完全导通，VDS(U1)仍然较高，所以di/dt较小。

图6 不同IF下的反向恢复实际测试结果（非仿真）

2 T3时刻之后的di/dt分析

与T2时刻之前di/dt不同的是，T3之后的恢复电流di/dt的大小不是由外围电路的参数来决定的，而是取决于体二极管本身的特性。在T3时刻后，二极管上的反向偏置已达到VDC，其反向恢复电流主要由扩散电流来维持，其di/dt反映了少子因复合而消失的时间的长短。通常用二极管的软度系数来衡量在此阶段的恢复特性，即S=(T4-T3)/(T3-T1)。较硬的恢复特性会导致很高的di/dt，从而造成较高的过冲，同时产生振铃，严重影响了系统的可靠性，导致系统的EMI超标，效率下降等。反向恢复电流IRR越高，T3时刻后的di/dt

也越高，因此控制IRR的大小有助于控制di/dt的大小。

结语

在实际应用中，MOSFET的体二极管给我们带来了很多的方便和好处，但我们不能忽视

其反向恢复特性对系统的影响，从以上分析可以总结出关于MOSFET体二极管在实际应用中的应用要领：

a. 通过较好的布线减小线路的寄生电感，从而减小在反向恢复过程中的振铃；

b. 通过控制合适的开关速度来控制反向恢复时的di/dt，减小反向恢复电流的峰值IRR，从而减小振铃；

c. 如果经过优化仍不能解决系统的振铃问题，则应通过选择具有较软恢复系数的MOSFET来进行设计。

抑制功率二极管反向恢复几种方案的比较

抑制功率二极管反向恢复几种方案的比较 0 引言 高频功率二极管在电力电子装置中的应用极其广泛。但PN结功率二极管在由导通变为截止状态过程中，存在反向恢复现象。这会引起二极管损耗增大，电路效率降低以及EMI增加等问题。这一问题在大功率电源中更加突出。常用RC吸收、串入饱和电抗器吸收、软开关电路等开关软化方法加以解决，但关于其效果对比的研究报道尚不多见。本文以Buck电路为例，对这几种方案进行了比较，通过实验及仿真得出有用的结论。 1 二极管反向恢复原理 以普通PN结二极管为例，PN结内载流子由于存在浓度梯度而具有扩散运动，同时由于电场作用存在漂移运动，两者平衡后在PN结形成空间电荷区。当二极管两端有正向偏压，空间电荷区缩小，当二极管两端有反向偏压，空间电荷区加宽。当二极管在导通状态下突加反向电压时，存储电荷在电场的作用下回到己方区域或者被复合，这样便产生一个反向电流。 2 解决功率二极管反向恢复的几种方法 为解决功率二极管反向恢复问题已经出现了很多种方案。一种思路是从器件本身出发，寻找新的材料力图从根本上解决这一问题，比如碳化硅二极管的出现带来了器件革命的曙光，它几乎不存在反向恢复的问题。另一种思路是从拓扑角度出发，通过增加某些器件或辅助电路来使功率二极管的反向恢复得到软化。目前，碳化硅二极管尚未大量进入实用，其较高的成本制约了普及应用，大量应用的是第二种思路下的软化电路。本文以一个36V输入、30V/30A输出、开关频率为62.5kHz电路（如图1所示）为例，比较了几种开关软化方法。 图1 Buck电路

2．1 RC吸收 这是解决功率二极管反向恢复问题的常用方法。在高频下工作的功率二极管，要考虑寄生参数。图2(a)为电路模型，其中D为理想二极管，Lp为引线电感，Cj为结电容，Rp为并联电阻（高阻值），Rs为引线电阻。RC吸收电路如图2（b）所示，将C1及R1串联后并联到功率二极管D0上。二极管反向关断时，寄生电感中的能量对寄生电容充电，同时还通过吸收电阻R1对吸收电容C1充电。在吸收同样能量的情况下，吸收电容越大，其上的电压就越小；当二极管快速正向导通时，C1通过R1放电，能量的大部分将消耗在R1上。 (a) 功率二极管电路模型(b) RC吸收电路 (c) 串联饱和电抗器(d) 二极管反向恢复软化电路 图2 解决功率二极管反向恢复问题的常用方案 2.2 串联饱和电抗器 这是解决这一问题的另一种常用方法，如图2（c）所示。一般铁氧体(Ferrite)磁环和非晶合金(Amorphous)材料的磁环都可以做饱和电抗器。根据文献[1]，用饱和电抗器解决二极管反向恢复问题时，常用的锰锌铁氧体有效果，但是能量损失比非晶材料大。随着材料技术的进展，近年来非晶饱和磁性材料性能有了很大提高。本文选用了东芝公司的非晶材料的磁环(型号：MT12×8×4.5W)绕2匝作饱和电抗器。 对应图3（a）和图3（b），第Ⅰ阶段通过D0的电流很大，电抗器Ls饱和，电感值很小；第Ⅱ阶段当二极管电流开始下降时，Ls仍很小；第Ⅲ阶段二极管电流反向，反向恢复过程开始(trr为反向恢复时间)，Ls

激光二极管的特性

激光二极管的特性 1、伏安特性 半导体激光器是半导体二极管，具有单向导电性，其伏安特性与二极管相同。反向电阻大于正向电阻，可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。但在测量时必须用1k以下的档，用大量程档时，激光器二极管的电流太大，容易烧坏。 2、P—I特性 激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I 曲线。 注入电流小于阈值电流I th时，激光器的输 出功率P很小，为自发辐射的荧光，荧光的输 出功率随注入电流的增加而缓慢增加。 注入电流大于Ith时，输出功率P随注入 电流的增加而急剧增加，这时P—I曲线基本上 是线性的。当I再增大时，P—I曲线开始弯曲呈非线性，这是由于随着注入电流的增大，使结温上升，导致P增加的速度减慢。 判断阈值电流的方法：在P—I特性曲线中，激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。 3、光谱特性

激光二极管的发射光谱由两个因素决定：谐振腔的参数，有源介质的增益曲线。 腔长L确定纵模间隔，宽W和高H决定横模性质。如果W和H 足够小，将只有单横模TEM00存在。 多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。单纵模激光器只有一个峰值。 工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱 激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。折射率导引LD，在泵浦电流较小、输出光功率较小时为多模输出；在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。而增益导引LD，即使在高电流工作

下仍为多模。 折射率导引激光器光谱随光功率的变化发射光谱随注入电流而变化。IIt 发射激光，光谱突然变窄。因此，从激光二极管发射光谱图上可以确定阈值电流。当注入电流低于阈值电流时光谱很宽，当注入电流达到阈值电流时，光谱突然变窄，出现明显的峰值，此时的电流就是阈值电流。 IIt 激光辐射

二极管的开关作用和反向恢复时间

二极管的开关作用和反向恢复时间 PN结二极管经常用来制作电开关。在正偏状态，即开态，很小的外加电压就能产生较大的电流，;在反偏状态，即关态，只有很小的电流存在于PN结内。我们最感兴趣的开关电路参数就是电路的开关速度。本节会定性地讨论二极管的开关瞬态以及电荷的存储效应。在不经任何数学推导的情况下，简单给出描述开关时间的表达式。 二极管的开关作用 利用二极管正、反向电流相差悬殊这一特性，可以把二极管作开关使用。 当开关K打向A时，二极管处于正向，电流很大，相当于接有负载的外回路与电源相连的开关闭合，回路处于接通状态(开态); 当开关K打向B时，二极管处于反向，反向电流很小，相当于外回路的开关断开，回路处于断开状态(关态)。 在关态时，流过负载的电流就是二极管的反向电流IR。二极管的反向恢复时间 假设外加脉冲的波形如图(a)所示，则流过二极管的电流就如图(b)所示。

外电路加以正脉冲时 导通过程中，二极管P区向N区输运大量空穴，N区向P区输运大量电子。 随着时间的延长，N区内空穴和P区内电子不断增加，直到稳态时停止。在稳态时，流入N区的空穴正好与N区内复合掉的空穴数目相等，流入P区的电子也正好与P区内复合掉的电子数目相等，达到动态平衡，流过P-N结的电流为一常数I1。 随着势垒区边界上的空穴和电子密度的增加，P-N结上的电压逐步上升，在稳态即为VJ。此时，二极管就工作在导通状态。 当某一时刻在外电路上加的正脉冲跳变为负脉冲时 正向时积累在各区的大量少子要被反向偏置电压拉回到原来的区域，开始时的瞬间，流过P-N结的反向电流很大，经过一段时间后，原本积累的载流子一部分通过复合，一部分被拉回原来的区域，反向电流才恢复到正常情况下的反向漏电流值IR。正向导通时少数载流子积累的现象称为电荷储存效应。二极管的反向恢复过程就是由于电荷储存所引起的。反向电流保持不变的这段时间就称为储存时间ts。在ts 之后，P-N结上的电流到达反向饱和电流IR，P-N结达到平衡。定义流过P-N结的反向电流由I2下降到0.1 I2时所需的时间为下降时间tf。储存时间和下降时间之和为(ts+tf)称为

大功率IGBT模块内建二极管反向恢复时间测试

大功率IGBT模块内建二极管反向恢复时间测试 ——SKM150GB123D （使用DI-100测试仪器）IGBT模块很贵，主要厂家为国外的厂家，我们不得不承认，这个模块还是被国外的厂家所垄断，中国自主的品牌没有呀！ 即使是国外的管子，有的管子速度快、有的耐压高、有的电流大，型号各异，特性各异，有的时候，我们在设计大功率开关电源的时候，还需要关注IGBT模块的内建二极管，尤其是内建二极管的反向恢复时间，那就是恢复速度。 为了用buck电路来做一个100A的恒流源，我选择SKM150GB123D模块，它内部有两个IGBT单元，如果使用一个IGBT开关，另外一个模块只用它的内建二极管或者寄生二极管，用来作为BUCK电路的续流二极管，岂不美哉！ 现在困扰我的是，这个内建二极管或者寄生二极管的速度如何，如果速度快，那就相当beauty了，但是如果速度慢，那就悲哀了，还需要外接一个大容量，高速的二极管，麻烦呀，官方给定的资料不够，看不出内建二极管的速度。于是我就用DI-100二极管反向恢复测试仪，测试这个IGBT的内建二极管速度。 测试结果给大家分享一下，如下图。 图1 二极管外形图2 示波器存储的波形

图3 二极管正向导通电流图4 二极管反向恢复电流 图5二极管反向恢复电流斜率图6 二极管反向恢复时间 为BUCK 电路的续流二极管，高兴中。。。。 再找找，发现手头上还有另外一个300A的IGBT模块，干脆一起测试一下，分享一下测试结果。测量FF300R12KT4 IGBT内建二极管反向恢复时间测试。 图1 二极管外形图2 示波器存储的波形

图3 二极管正向导通电流 图4 二极管反向恢复电流 图5二极管反向恢复电流斜率 图6 二极管反向恢复时间 综上 根据测试结果，发现这个IGBT 的内建二极管的速度快，但不是非常快，如果用来作为BUCK 电路的续流二极管，略微显得有点不足。。。。还需要考虑再三呀！ 总结，如果知道IGBT 的内建二极管恢复时间，就可以对IGBT 模块的内建二极管进行充分的利用，优化设计，少走弯路。一个优秀的工程师，当然必须要有足够好的测试仪器才行呀，强烈推荐长春艾克思科技有限责任公司的二极管反向恢复测试仪DI-100，这个是强电大功率电源工程师、大功率电源生产厂家必备的仪器！

测试二极管反向恢复特性的分析仪

测试二极管反向恢复特性的分析仪 作者：Ｌｏｕｉｓ　Ｖｌｅｍｉｎｃｑ，Ｂｅｌｇａｃｏｍ，Ｅｖｅｒｅ，Ｂｅｌｇｉｕｍ 测试二极管的反向恢复特性一般都需要复杂的测试设备。必 须能够建立正向导通条件、正向闭锁状态、及两者间的过渡。还需要有一种从所得到的波形中提取特征的手段。总而言之，这并不是一项很简单的例行操作，应由专业人员来完成这项复杂的工作。这个事实说明了工程师们为什么通常都会依赖于公布的数据。 但如果测试比较简单，亲自动手来检查反向恢复时间是有好处的。这种设置可以让你在相同的条件和没有这种规范的测试设备下比较不同厂商的设备，如驱动集成电路的衬底二极 管，齐纳二极管及标准整流器等（由于测试参数有很多组合，直接比较数据不太现实）。切记，反向恢复时间不一定越短越好，速度较慢的二极管也很有用。速度较慢的二极管可以生成较短的停滞时间，提高转换器的效率，并提供其它一些优势（参考文献１）。 根据本设计实例我们研究了一种测试仪，它只用一些廉价的标准元件，可以检测反向恢复时间。为了简化测试，测试条件是固定的，可以将测试标准化，并提供了一个供比较的共同标准。这些条件能９９％地满足将要测试的设备。测试的正向电流低到足以保证小开关二极管的安全工作， 高到足以克服较大设备中的电容性影响。 电路的核心有一个二极管与电阻器组成的逻辑与（ＡＮＤ）门，与门的二极管为ＤＵＴ（被测设备，图１）。ＩＣ１缓冲触发器ＩＣ２Ａ，后者可产生驱动与门的反相方波。Ｒ３５将ＤＵＴ的正向电流设为７５ｍＡ左右。有了合适的二极管，与门的输出总保持较低，因为其输出之一总是较小。但真正的二极管在跃迁后保持导通，在Ｒ３５两端生成一个正向脉冲。电路并未采用直接测试脉冲宽度的强制方法，而是使用一个精巧的方案。Ｒ１９／Ｃ１５网络对脉冲求出平均值，并将得出的电压放 图１，这种二极管恢复测试设置允许在完全相同的条件下比较不同厂商的设备。

半导体激光器输出特性的影响因素

半导体激光器输出特性的影响因素 半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应用。下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。 1． 波长 半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能量近似等于禁带宽度Eg(eV)。 hf=Eg f(Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长 且c=3×108m/s ，h=6.628×10?34J ·s ，leV=1.60×10?19J 得 决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。 不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg ，因而有不同的发射波长λ：GaAlAs-GaAs 材料适用于0.85μm 波段，InGaAsP-InP 材料适用于1.3~1.55μm 波段。 温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。 2． 光功率 半导体激光器的输出光功率 其中I 为激光器的驱动电流，P th 为激光器的阈值功率；I th 为激光器的阈值电流；ηd 为外微分量子效率；hf 为光子能量；e 为电子电荷。 hf 、e 为常数，Pth 很小可忽略。由此可知，输出光功率主要取决于驱动电流I 、阈值电流I th 以及外微分量子效率ηd 。驱动电流是可随意调节的，因此这里主要讨论后两者。除此之外，温度也是影响光功率的重要因素。 1）阈值电流 半导体激光器的输出光功率通常用P-I 曲线表示。当外加正向电流达到某一数值时，输出光功率急剧增加，这时将产生激光振荡，这个电流称为阈值电流，用I th 表示。当激励电流II th 时，有源区不仅有粒子数反转，而且达到了谐振条件，受激辐射为主，输出功率急剧增加，发出的是激光，此时P-I 曲线是线性变化的。对于激光器来说，要求阈值电流越小越好。 阈值电流主要与下列影响因素有关： a) 晶体的掺杂浓度越大，阈值电流越小。 b) 谐振腔的损耗越小，阈值电流越小。 c) 与半导体材料结型有关，异质结阈值电流比同质结小得多。 d) 温度越高，阈值电流越大。 2）外微分量子效率 ) (th d th I I e hf P P -+=ηλ c =f

二极管的反向恢复过程

二极管的反向恢复过程 一、二极管的反向恢复过程 二、在下图的电路中V上输入如下的电压波形：则二极管上的电流波形如下： 可以看到，当通入正向电压时，二极管导通，二极管上的电流为I1，当通入的电压突然反向时，二极管上的电流也瞬间反向了，随后才变小，进而进入反向截止状态。这个现象就叫二极管的反向恢复。反向电流保持不变的这段时间称为储存时间ts，反向电流由I2下降到0.1I2所需的时间称为下降时间tf。储存时间和下降时间之和（ts+tf）称为反向恢复时间。二极管反向截止后还存在的电流被称为二极管的反向漏电流IR。 二、二极管反向恢复现象的解释 在二极管的PN节上，当外加正向电压时，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，这样，不仅使势垒区（耗尽区）变窄，而且使载流子有相当数量的存储，在Ｐ区内存储了电子，而在Ｎ区内存储了空穴，它们都是非平衡少数载流子，如下图所示。 空穴由Ｐ区扩散到Ｎ区后，并不是立即与Ｎ区中的电子复合而消失，而是在一定的路程LP（扩散长度）内，一方面继续扩散，一方面与电子复合消失，这样就会在LP范围内存储一定数量的空穴，并建立起一定空穴浓度分布，靠近

结边缘的浓度最大，离结越远，浓度越小。正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。电子扩散到Ｐ区的情况也类似，下图为二极管中存储电荷的分布。

我们把正向导通时，非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。 当输入电压突然由正向变为反向时Ｐ区存储的电子和Ｎ区存储的空穴不会马上消失，但它们将通过下列两个途径逐渐减少： ① 在反向电场作用下，Ｐ区电子被拉回Ｎ区，Ｎ区空穴被拉回Ｐ区，形成反向漂移电流IR，如下图所示； ②与多数载流子复合。 在这些存储电荷消失之前，ＰＮ结仍处于正向偏置，即势垒区仍然很窄，ＰＮ结的电阻仍很小，与电路中的负载电阻相比可以忽略，所以此时反向电流IR=（反向电压VR＋VD）/负载电阻RL。VD表示ＰＮ结两端的正向压降，一般VR>>VD，即IR＝VR／RL。在这段期间，IR基本上保持不变，主要由VR和RL所决定。 经过时间ts后Ｐ区和Ｎ区所存储的电荷已显著减小，势垒区逐渐变宽，反向电流IR逐渐减小到正常反向饱和电流的数值，经过时间tf，二极管转为截止。

半导体激光器pi特性测试实验

太原理工大学现代科技学院 课程实验报告 专业班级 学号 姓名 指导教师

实验名称 半导体激光器P-I 特性测试实验 同组人 专业班级 学号 姓名 成绩 一、 实验目的 1. 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理 2. 了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系 3. 掌握半导体激光器P （平均发送光功率）-I （注入电流）曲线的测试方法 二、 实验仪器 1. ZY12OFCom13BG 型光纤通信原理实验箱 1台 2. 光功率计 1台 3. FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1根 4. 万用表 1台 5. 连接导线 20根 三、 实验原理 半导体激光二极管（LD ）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，（处于高能级E 2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E 1，这个过程称为光的受激辐射。所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。）是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（≥10mW ）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30～50°，水平发散角为0～30°），与单模光纤的耦合效率高（约30％～50％），辐射光谱线窄（Δλ＝0.1～1.0nm ），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（>20GHz ）直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 P-I 特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流I th 尽可能小，I th 对应P 值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比（测试方法见实验四）大， ……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

高压二极管Trr反向恢复时间测试

HVM12 HVRT高压二极管 反向恢复时间测试 二极管和一般开关的不同在于，“开”与“关”由所加电压的极性决定，而且“开”态有微小的压降Vf,“关”态有微小的电流Io。当电压由正向变为反向时, 电流并不立刻成为(- Io) , 而是在一段时间ts 内，反向电流始终很大，二极管并不关断。经过ts后, 反向电流才逐渐变小，再经过tf 时间, 二极管的电流才成为(- Io)，ts 称为储存时间，tf 称为下降时间。tr= ts+ tf 称为反向恢复时间，以上过程称为反向恢复过程。这实际上是由电荷存储效应引起的，反向恢复时间就是存储电荷耗尽所需要的时间。该过程使二极管不能在快速连续脉冲下当做开关使用。如果反向脉冲的持续时间比tr 短，则二极管在正、反向都可导通，起不到开关作用。 首先进行测试的高压二极管HVM12，其外形实物图如下图所示，使用DI-10mA进行测试，它可以测试高压快恢复二极管、高压整流二极管、倍压高压二极管。它可以测试二极管反向电流峰值50mA，二极管正向电流10mA ，测量精度5nS，测试的过程中不必担心二极管接反的问题。 图1 二极管实物及恢复特性

以上波形是DI-10mA把偏置电压设置到100V测试的结果，综上可以看出，二极管正向导通电流：4.8mA，二极管反向恢复电流：60mA，二极管反向恢复电流斜率：10mA/uS，二极管反向恢复时间：2.54uS。这个器件是一个工频整流器件，反向恢复时间非常长，不适合用于高频整流的场合，所测试的参数，基本上是满足器件要求的，应用时应该没有什么太大的问题。

接着使用DI-10mA测试另外一个高压二极管，二极管外形实物图如下图所示： 图7 高压二极管实物 以上波形是DI-10mA把偏置电压设置到100V测试的结果，综上可以看出，二极管正向导通电流：3.84mA，二极管反向恢复电流：7.68mA，二极管反向恢复电流斜率：6.6mA/uS，二极管反向恢复时间：144nS。这个器件是一个高频整流器件，可用于高频整流的场合。

肖特基二极管和快恢复二极管

肖特基二极管和快恢复二极管又什么区别 快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多采用掺金措施，结构上有采用PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100纳秒以下。 肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，简称肖特基二极管(Schottky Barrier Diode），具有正向压降低（0.4--0.5V）、反向恢复时间很短（10-40纳秒），而且反向漏电流较大，耐压低，一般低于150V，多用于低电压场合。 这两种管子通常用于开关电源。 肖特基二极管和快恢复二极管区别：前者的恢复时间比后者小一百倍左右，前者的反向恢复时间大约为几纳秒~！ 前者的优点还有低功耗，大电流，超高速~！电气特性当然都是二极管阿~！ 快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件. 肖特基二极管：反向耐压值较低40V-50V，通态压降0.3-0.6V，小于10nS的反向恢复时间。它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且，MIS（金属－绝缘体－半导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。 快恢复二极管：有0.8-1.1V的正向导通压降，35-85nS的反向恢复时间，在导通和截止之间迅速转换，提高了器件的使用频率并改善了波形。快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件

FR307二极管反向恢复时间测试分析

FR307二极管反向恢复时间测试分析 二极管和一般开关的不同在于,“开”与“关”由所加电压的极性决定, 而且“开”态有微小的压降V f,“关”态有微小的电流i0。当电压由正向变为反向时, 电流并不立刻成为(- i0) , 而是在一段时间ts 内, 反向电流始终很大, 二极管并不关断。经过ts 后, 反向电流才逐渐变小, 再经过tf 时间, 二极管的电流才成为(- i0) , ts 称为储存时间, tf 称为下降时间。tr= ts+ tf 称为反向恢复时间, 以上过程称为反向恢复过程。这实际上是由电荷存储效应引起的, 反向恢复时间就是存储电荷耗尽所需要的时间。该过程使二极管不能在快速连续脉冲下当做开关使用。如果反向脉冲的持续时间比tr 短, 则二极管在正、反向都可导通, 起不到开关作用。 首先进行测试的是FR307GW 二极管，其外形实物图如下图所示，使用DI-100进行测试，它可以测试快恢复二极管、场效应管（Mosfet ）内建二极管、IGBT 基内建二极管。它可以测试二极管反向电流峰值100A ，二极管正向电流30A ，测量精度10nS ，测试的过程中不必担心二极管接反的问题。 图1 二极管实物及恢复特性 图2 二极管正向导通电流 图3 二极管反向恢复电流

图4二极管反向恢复电流斜率图5 二极管反向恢复时间以上波形是DI-100把偏置电压设置到150V测试的结果，综上可以看出，二极管正向导通电流：3.52A，二极管反向恢复电流：6.64A，二极管反向恢复电流斜率：7.76A/uS，二极管反向恢复时间：550nS。这个器件的参数，基本上是满足说明书要求的，应用时应该没有什么太大的问题。 接着使用DI-100测试FR307ZG二极管，二极管外形实物图如下图所示： 图1 二极管实物

二极管的反向恢复过程

二极管的反向恢复过程 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020

二极管的反向恢复过程 一、二极管的反向恢复过程 二、在下图的电路中V上输入如下的电压波形：则二极管上的电流波形如下： 可以看到，当通入正向电压时，二极管导通，二极管上的电流为I1，当通入的电压突然反向时，二极管上的电流也瞬间反向了，随后才变小，进而进入反向截止状态。这个现象就叫二极管的反向恢复。反向电流保持不变的这段时间称为储存时间ts，反向电流由I2下降到0.1I2所需的时间称为下降时间tf。储存时间和下降时间之和（ts+tf）称为反向恢复时间。二极管反向截止后还存在的电流被称为二极管的反向漏电流IR。 二、二极管反向恢复现象的解释 在二极管的PN节上，当外加正向电压时，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，这样，不仅使势垒区（耗尽区）变窄，而且使载流子有相当数量的存储，在Ｐ区内存储了电子，而在Ｎ区内存储了空穴，它们都是非平衡少数载流子，如下图所示。 空穴由Ｐ区扩散到Ｎ区后，并不是立即与Ｎ区中的电子复合而消失，而是在一定的路程LP（扩散长度）内，一方面继续扩散，一方面与电子复合消失，这样就会在LP范围内存储一定数量的空穴，并建

立起一定空穴浓度分布，靠近结边缘的浓度最大，离结越远，浓度越小。正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。电子扩散到Ｐ区的情况也类似，下图为二极管中存储电荷的分布。 我们把正向导通时，非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。 当输入电压突然由正向变为反向时Ｐ区存储的电子和Ｎ区存储的空穴不会马上消失，但它们将通过下列两个途径逐渐减少： ①在反向电场作用下，Ｐ区电子被拉回Ｎ区，Ｎ区空穴被拉回Ｐ区，形成反向漂移电流IR，如下图所示； ②与多数载流子复合。 在这些存储电荷消失之前，ＰＮ结仍处于正向偏置，即势垒区仍然很窄，ＰＮ结的电阻仍很小，与电路中的负载电阻相比可以忽略，所以此时反向电流IR=（反向电压VR＋VD）/负载电阻RL。VD表

二极管反向恢复时间测试仪

二极管反向恢复时间测试仪 满足国家标准：GB/T 8024-2010，使用矩形波法测试反向恢复时间。 一：主要特点 A ：测量多种二极管 B ：二极管反向电流峰值100A （定制） C ：二极管正向电流30A （定制） D ：测量精度10nS E ：二极管接反、短路开路保护 F ：示波器图形显示 G ：EMI/RFI 屏蔽密封 H ：同步触发端 二：应用范围 A ：快恢复二极管 B ：场效应管（Mosfet ）内建二极管 C ：IGBT 基内建二极管 D ：其他二极管 三：DI-200外观介绍 DI-200二极管反向恢复时间测试仪面板介绍如图1所示，包括电源开关、电源指示灯、触发开关、触发指示灯、接反指示灯、正向电流调节、反向电压调节、恢复电流斜率调节、示波器信号端、示波器同步信号端。 图1 DI-200外观介绍图

四：DI-200测试仪参数 类 型 数 值 单 位 备 注 反向恢复电流 100 A 峰值 反向电压 10至300 V 分档 正向电流 30 A 峰值 按下频率 0.5 Hz 手动按下 0 Hz 短路情况，无法测量 电源输入 220 V AC 功耗小于10W 五：操作步骤 图2为DI-200和示波器之间的连接示意图，DI-200的两个通道分别和示波器的第一通道和外触发通道连接，然后把二极管接入DI-200。 图2 DI-200测试仪器和示波器连接示意图 5.1举例测试1N4007二极管的反向恢复时间步骤 第一步：将1n4007二极管接入红色和黑色夹子； 第二步：DI-200在侧面连接电源线，此时不要打开仪器电源，如果打开，请关闭电源。 数字示波器 DI-200测试仪 1通道 外触发

二极管反向恢复时间测试

DI-1000型二极管反向恢复时间测试仪 一：主要特点 A ：测量多种二极管 B ：二极管反向电流峰值100A （定制） C ：二极管正向电流30A （定制） D ：测量精度5nS E ：二极管接反、短路开路保护 F ：示波器图形显示 G ：EMI/RFI 屏蔽密封 H ：同步触发端 二：应用范围 A ：快恢复二极管 B ：场效应管（Mosfet ）内建二极管 C ：IGBT 基内建二极管 D ：其他二极管 三：DI-1000外观介绍 DI-1000二极管反向恢复时间测试仪面板介绍如图1所示，包括电源开关、电源指示灯、触发开关、触发指示灯、接反指示灯、正向电流调节、反向电压调节、恢复电流斜率调节、示波器信号端、示波器同步信号端。 图1 DI-1000外观介绍图

四：DI-1000测试仪参数 类 型 数 值 单 位 备 注 反向恢复电流 100 A 峰值 反向电压 50至1000 V 分档 正向电流 30 A 峰值 按下频率 0.5 Hz 手动按下 0 Hz 短路情况，无法测量 电源输入 220 V AC 功耗小于10W 五：操作步骤 图2为DI-1000和示波器之间的连接示意图，DI-1000的两个通道分别和示波器的第一通道和外触发通道连接，然后把二极管接入DI-1000。 图2 DI-1000测试仪器和示波器连接示意图 5.1举例测试1N4007二极管的反向恢复时间步骤 第一步：将1n4007二极管接入红色和黑色夹子； 第二步：DI-1000在侧面连接电源线，此时不要打开仪器电源，如果打开，请关闭电源。第三步：调节电压旋钮选择器件反向耐压，将电压设置到300V 。在测试时，红色夹子和黑色夹子同输入交流电市电无隔离，请勿冒险将示波器探头和夹子连接； 数字示波器 DI-1000测试仪 1通道 外触发

半导体激光器输出特性的影响因素

半导体激光器输出特性的影响因素

半导体激光器输出特性的影响因素 半导体激光器是一类非常重要的激光器，在光通信、光存储等很多领域都有广泛的应用。下面我将探讨半导体激光器的波长、光谱、光功率、激光束的空间分布等四个方面的输出特性，并分析影响这些输出特性的主要因素。 1． 波长 半导体激光器的发射波长是由导带的电子跃迁到价带时所释放出的能量决定的，这个能量近似等于禁带宽度Eg(eV)。 hf = Eg f (Hz)和λ(μm)分别为发射光的频率和波长 且c=3×108m/s ， h=6.628×10?34 J ·s ，leV=1.60×10?19 J 得 决定半导体激光器输出光波长的主要因素是半导体材料和温度。 λ c =f ) ( )(24.1m eV Eg μλ=

不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg ，因而有不同的发射波长λ：GaAlAs-GaAs 材料适用于0.85 μm 波段， InGaAsP-InP 材料适用于 1.3~1.55 μm 波段。 温度的升高会使半导体的禁带宽度变小，导致波长变大。 2． 光功率 半导体激光器的输出光功率 其中I 为激光器的驱动电流，P th 为激光器的阈值 功率；I th 为激光器的阈值电流；ηd 为外微分量 子效率；hf 为光子能量；e 为电子电荷。 hf 、e 为常数，Pth 很小可忽略。由此可知，输出光功率主要取决于驱动电流I 、阈值电流I th 以及外微分量子效率ηd 。驱动电流是可随意调节 的，因此这里主要讨论后两者。除此之外，温度也是影响光功率的重要因素。 1）阈值电流 半导体激光器的输出光功率通常用P-I 曲线 ) (th d th I I e hf P P -+=η

二极管反向恢复过程

一、二极管从正向导通到截止有一个反向恢复过程 在上图所示的硅二极管电路中加入一个如下图所示的输入电压。在0―t1时间内，输入为+VF，二极管导通，电路中有电流流通。 设VD为二极管正向压降（硅管为0.7V左右），当VF远大于VD时，VD可略去不计，则 在t1时，V1突然从+VF变为-VR。在理想情况下，二极管将立刻转为截止，电路中应只有很小的反向电流。但实际情况是，二极管并不立刻截止，而是先由正向的IF变到一个很大的反向电流IR=VR／RL，这个电流维持一段时间tS后才开始逐渐下降，再经过tt后，下降到一个很小的数值0.1IR，这时二极管才进人反向截止状态，如下图所示。

通常把二极管从正向导通转为反向截止所经过的转换过程称为反向恢复过程。其中tS 称为存储时间，tt称为渡越时间，tre=ts+tt称为反向恢复时间。由于反向恢复时间的存在，使二极管的开关速度受到限制。 二、产生反向恢复过程的原因——电荷存储效应 产生上述现象的原因是由于二极管外加正向电压VF时，载流子不断扩散而存储的结果。当外加正向电压时Ｐ区空穴向Ｎ区扩散，Ｎ区电子向Ｐ区扩散，这样，不仅使势垒区（耗尽区）变窄，而且使载流子有相当数量的存储，在Ｐ区内存储了电子，而在Ｎ区内存储了空穴，它们都是非平衡少数载流于，如下图所示。 空穴由Ｐ区扩散到Ｎ区后，并不是立即与Ｎ区中的电子复合而消失，而是在一定的路程LP （扩散长度）内，一方面继续扩散，一方面与电子复合消失，这样就会在LP范围内存储一定数量的空穴，并建立起一定空穴浓度分布，靠近结边缘的浓度最大，离结越远，浓度越小。正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。电子扩散到Ｐ区的情况也类似，下图为二极管中存储电荷的分布。 我们把正向导通时，非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。 当输入电压突然由+VF变为-VR时Ｐ区存储的电子和Ｎ区存储的空穴不会马上消失，但它们将通过下列两个途径逐渐减少：①在反向电场作用下，Ｐ区电子被拉回Ｎ区，Ｎ区空穴被拉回Ｐ区，形成反向漂移电流IR，如下图所示； ②与多数载流子复合。

激光二极管的特性

激光二极管的特性 激光二极管的特性 1、伏安特性 半导体激光器是半导体二极管，具有单向导电性，其伏安特性与二极管相同。反向电阻大于正向电阻，可以通过用万用表测正反向电阻确定半导体激光二极管的极性及检查它的PN结好坏。但在测量时必须用1k以下的档，用大量程档时，激光器二极管的电流太大，容易烧坏。 2、P—I特性 激光二极管的出射光功率P与注入电流I的关系曲线称为P-I曲线。 注入电流小于阈值电流Ith时，激光器的输出功率P很小，为自发辐射的荧光，荧光的输出功率随注入电流的增加而缓慢增加。 注入电流大于Ith时，输出功率P随注入电流的增加而急剧增加，这时P—I曲线基本上 是线性的。当I再增大时，P—I曲线开始弯曲呈非线性，这是由于随着注入电流的增大，使结温上升，导致P增加的速度减慢。 判断阈值电流的方法：在P—I特性曲线中，激光输出段曲线的向下延长线与电流轴的交点为激光二极管的阈值电流。 3、光谱特性 激光二极管的发射光谱由两个因素决定：谐振腔的参数，有源介质的增益曲线。 腔长L确定纵模间隔，宽W和高H决定横模性质。如果W和H 足够小，将只有单横模TEM00存在。 多模激光二极管在其中心波长附近呈现出多个峰值的光谱输出。单纵模激光器只有一个峰值。 工作在阈值以上的1mm腔长的增益导引LD的典型发射光谱 激光二极管是单模或多模还与泵浦电流有关。折射率导引LD，在泵浦电流较小、输

出光功率较小时为多模输出；在电流较大、输出光功率较大时则变为单模输出。而增益导引LD，即使在高电流工作 下仍为多模。 折射率导引激光器光谱随光功率的变化 发射光谱随注入电流而变化。IIt 发射激光，光谱突然变窄。因此，从激光二极管发射光谱图上可以确定阈值电流。当注入电流低于阈值电流时光谱很宽，当注入电流达到阈值电流时，光谱突然变窄，出现明显的峰值，此时的电流就是阈值电流。 IIt 激光辐射 4、温度特性 半导体激光器的阈值电流随温度的升高而增加，变化关系可表示为： T/T0) Ith(T)?Aexp(式中T0是衡量阈值电流Ith对温度变化敏感程度的参数——叫特征温度，取决于器件的材料和结构等因素，T0值越大，表示Ith对温度变化越不敏感，器件的温度特性越好。A是常数。 因Ith随温度升高而增大，因此P—I特性曲线也随温度变化。随着温度升高，在注入电流不变的情况下，输出光功率会变小。这就是为什么LD工作一段时间后输出功率会下降。 阈值—温度特性与其结构有关，一般说，异质结构比同质结的温度特性好。 温度变化还将引起激光器输出光谱的改变，出现跳模（mode hop）现象。原因：温度改变，使腔的参数（折射率， 腔长）发生较大变化，引起激发模式发生变化。在模式跳跃之前，因折射率和腔长随温度升高而有少量增加，致使波长随温度升高而缓慢增大（下图a）。如要避免跳模，必须增大模式间隔（下图b）。 对于多模增益导引半导体激光器，波长随温度的变化是由于带隙随温度变化而产生的，温度变化主要影响光增益曲线而不是腔的参数，因此变化曲线是连续的(下图c)。 半导体激光器必须加制冷器，进行温度控制。

二极管反向恢复时间

二极管反向恢复时间 满足国家标准：GB/T 8024-2010，使用矩形波法测试反向恢复时间。 一：主要特点 A ：测量多种二极管 B ：二极管反向电流峰值100A （定制） C ：二极管正向电流30A （定制） D ：测量精度10nS E ：二极管接反、短路开路保护 F ：示波器图形显示 G ：EMI/RFI 屏蔽密封 H ：同步触发端 二：应用范围 A ：快恢复二极管 B ：场效应管（Mosfet ）内建二极管 C ：IGBT 基内建二极管 D ：其他二极管 三：DI-200外观介绍 DI-200二极管反向恢复时间测试仪面板介绍如图1所示，包括电源开关、电源指示灯、触发开关、触发指示灯、接反指示灯、正向电流调节、反向电压调节、恢复电流斜率调节、示波器信号端、示波器同步信号端。 图1 DI-200外观介绍图

四：DI-200测试仪参数 类 型 数 值 单 位 备 注 反向恢复电流 100 A 峰值 反向电压 10至300 V 分档 正向电流 30 A 峰值 按下频率 0.5 Hz 手动按下 0 Hz 短路情况，无法测量 电源输入 220 V AC 功耗小于10W 五：操作步骤 图2为DI-200和示波器之间的连接示意图，DI-200的两个通道分别和示波器的第一通道和外触发通道连接，然后把二极管接入DI-200。 图2 DI-200测试仪器和示波器连接示意图 5.1举例测试1N4007二极管的反向恢复时间步骤 第一步：将1n4007二极管接入红色和黑色夹子； 第二步：DI-200在侧面连接电源线，此时不要打开仪器电源，如果打开，请关闭电源。 数字示波器 DI-200测试仪 1通道 外触发

激光器种类及其特点调研

激光器种类及特点调研 *激光器基本结构：工作物质、泵浦源和光学谐振腔 工作物质：激光器核心，是激光器产生光的受激辐射放大作用的源泉 泵浦源：为在工作物质中实现粒子数反转分布提供所需能源 光学谐振腔：为激光振荡的建立提供正反馈，同时谐振腔的参数影响输出激光束的质量 *激光器的分类及输出特性 1、按工作物质分 1)气体激光器 激励方式：一般采用气体放电激励，还可以采用电子束激励、热激励、化学反应激励等，使得发生不同能量状态之间跃迁从而产生激光 波长范围：真空紫外——远红外波段 特点：激光谱线上万条，具有输出光束质量高（方向性级单色性好）、连续输出功率大（如CO2激光器）等输出特性、器件结构简单，造价低廉 2）固体激光器 固体工作物质通常是在基质材料，如晶体或玻璃中掺入少量的金属离子（激活离子），激光跃迁发生在激活离子的不同工作能级之间 波长范围：可见光——近红外波段 特点：激光谱线数数千条，具有输出能量大、运转方式多样等特点，器件结构紧凑、牢靠耐用、易于与光纤耦合进行光纤传输 3）液体激光器 波长范围：紫外——近红外波段（300nm—1.3μm） 特点：激光波长连续可调谐，但稳定性比较差 4）半导体激光器 波长范围：近红外波段（920nm—1.65μm），其中1.3μm与1.55μm为光纤传输的两个窗口 特点：能量转换效率高、易于进行高速电流调制、超小型化、结构简单、使用寿命长 5）化学激光器 6）自由电子激光器 工作物质是通过电子加速器加速的高能电子，将相对论电子束的动能转变为激光辐射能 特点：具有非常高的能量转换效率、输出激光波长连续可调谐 7）X射线激光器 8）光纤激光器 工作物质：以掺入某些激活离子的光纤，或者利用光纤自身的非线性光学效应制成的激光器 分类：晶体光纤激光器、稀土类掺杂光纤激光器、塑料光纤激光器和非线性光学效

快恢复二极管的作用与肖特基二极管的区别

快恢复二极管的作用 答1: 一般地说用于较高频率的整流和续流。 至于电源模块的输入部份，好像频率不高，不必用快恢复二极管，用普通二极管即可。 答2: .对于二极管来说，加在其两端的电压由正向变到反向时，响应时间一般很短，而相反的由反向变正向时其时间相对较长，此即为反向恢复时间，当二极管用做高频整流等时，要求反向恢复时间很短，此时就需要快恢复二极管（FRD），更高的超快恢复二极管（SRD），开关二极管，最快的是肖特基管（其原理不同于以上几个二极管） 快恢复二极管（简称FRD）是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。 快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压（耐压值）较高。 通常，5~20A的快恢复二极管管采用TO–220FP塑料封装，20A以上的大功率快恢复二极管采用顶部带金属散热片的TO–3P塑料封装，5A以下的快恢复二极管则采用DO–41、D O–15或DO–27等规格塑料封装。 肖特基二极管和快恢复二极管有什么区别 快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多采用掺金措施，结构上有采用 PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于普通二极管（0.5-2V），反向耐压多在1200V以 下。从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100 ns(纳秒)以下。 肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，简称肖特基二极管(Schottky Barrier Diode），具有正向压降低（0.4--1.0V）、反向恢复时间很短（2-10ns纳秒），而且反向漏电

试验二半导体激光器P―I特性曲线的绘制

实验二半导体激光器P―I特性曲线的绘制 一、实验目的 1、学习半导体激光器的发光原理。 2、了解半导体激光器输出光功率与注入电流的关系。 3、掌握半导体激光器P-I特性曲线的测试及绘制方法。 二、实验内容 测量半导体激光器的输出光功率和注入电流，并画出P-I关系曲线。 三、实验原理 半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图2-1所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用I th表示。在阈值电流以下，激光器工作于自发发射，输出荧光，光功率很小。在门限电流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，光功率随驱动电流迅速上升，基本成线性关系；激光器的电流与电压的关系类似于正向二极管的特性，如图2-2所示。 图2-1 激光器的功率特性图2-2 激光器的伏安特性 阈值条件就是光谐振腔中维持光振荡的条件。设受激发射所产生的光介质的平均增益系数(单位长度上的增益)为g，光介质的平均损耗系数为a，则光谐振腔产生和维持 光振荡的条件为光子在光谐振腔中来回反射一次所产生的光能增益大于或等于光能的损耗，用公式表示为： (2-1)

式中L 为光谐振腔的长度，r1、r2分别为光谐振腔两端镜面的反射系数(O1为电流侧向扩展因子,可使ξ接近1，故能获得小的门限电流。激光器功率特性的线性程度对模拟光纤传输系统的非线性失真指标影响很大。 半导体激光二极管(LD)或简称半导体激光器与发光二极管LED 不同，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW)辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为30—50°，水平发散角为0～30°)，与单模光纤的耦合效率高(约30％～50％)，辐射光谱线窄，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速(>20GHz)直接调制。 对于线性度良好的半导体激光器，输出功率可以表示为: （2-4） 其中 （2-5） 这里的量子效率ηint ，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint 接近1。 式（2-4）表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>I th 时，输出功率与I 成线性关系,其增大的速率即P-I 曲线的斜率，称为斜率效率 D e q h dI dP ηω2= （2-6）