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专业(yè)知识

二极(jí)管的分类(lèi)及其主要参数

一.半导体二(èr)极管(guǎn)的分(fèn)类(lèi)

半导体二极管按其用途可分为(wéi):普(pǔ)通二(èr)极管(guǎn)和特殊二极(jí)管。普通(tōng)二极管包括整流二极管(guǎn)、检波二极管、稳(wěn)压二极管、开关二极管、快速二极管等;特殊二(èr)极管包括变容二极管(guǎn)、发光二极管、隧道二极管(guǎn)、触发二极管(guǎn)等(děng)。

二.半导体(tǐ)二(èr)极(jí)管的主要参数

1.反向饱和漏电(diàn)流IR

指在二极管(guǎn)两端(duān)加入(rù)反向电压时(shí),流过二极管的电流,该电(diàn)流(liú)与半导体材料(liào)和温度有(yǒu)关。在常温下,硅管(guǎn)的IR为纳(nà)安(10-9A)级,锗管的IR为微(wēi)安(10-6A)级。

2.额定整流电流(liú)IF

指二极管长(zhǎng)期(qī)运行时,根据允许温升折算出来的平均(jun1)电流值。目前(qián)大功率整流二极管(guǎn)的IF值(zhí)可达1000A。

3. 最大平均整(zhěng)流(liú)电(diàn)流IO 

在半波(bō)整流电路中,流过(guò)负载电阻的平均整(zhěng)流电(diàn)流的最大值。这是设计时(shí)非常重要的(de)值。

4. 最大浪(làng)涌电流(liú)IFSM

允许流过(guò)的(de)过量的正向电流。它不是正常电流,而是瞬间电流,这个值相当大。

5.最(zuì)大反向峰值电(diàn)压VRM

即使没(méi)有反向(xiàng)电流,只要不断(duàn)地提(tí)高反(fǎn)向电(diàn)压(yā),迟早会使二极管损坏。这种能加上(shàng)的反(fǎn)向电(diàn)压,不是瞬时电压(yā),而是反复加上的正反(fǎn)向(xiàng)电压。因给(gěi)整流(liú)器加的是交(jiāo)流电压,它的(de)最大值是规定(dìng)的重要因子(zǐ)。最(zuì)大反向峰值电压VRM指为避免击穿所能加的最大反(fǎn)向电(diàn)压。目前(qián)最(zuì)高的VRM值可达几千伏。

6. 最(zuì)大直流反向电压(yā)VR

上述最(zuì)大反向峰值电压(yā)是(shì)反复(fù)加上(shàng)的峰值电压,VR是连续(xù)加直流电压时的值。用于直(zhí)流(liú)电路,最大直流反向电压对于确定允许值和(hé)上限(xiàn)值是很重要的.

7.最高工作(zuò)频率fM

由于PN结(jié)的(de)结电容存在(zài),当工作(zuò)频率超过某一值时,它的单向导(dǎo)电性将变差。点(diǎn)接触式(shì)二极管的fM值较高,在(zài)100MHz以上;整流二极(jí)管的fM较低,一般不高(gāo)于几千赫。

8.反向恢(huī)复时间Trr

当工作电压从正向电压变(biàn)成(chéng)反向电压时(shí),二极管工作(zuò)的理想情况(kuàng)是电(diàn)流(liú)能瞬时截止。实(shí)际上,一般(bān)要延(yán)迟一点(diǎn)点(diǎn)时间(jiān)。决定电(diàn)流截止(zhǐ)延时的量,就是反向恢复时间。虽(suī)然它直接(jiē)影响(xiǎng)二极管的开关速度,但不一定说这个值小(xiǎo)就好(hǎo)。也即当二极管由导通突(tū)然反向时,反向电(diàn)流(liú)由很大衰减到接近IR时所需(xū)要(yào)的时间。大功率开(kāi)关管(guǎn)工作在(zài)高频开关状态时(shí),此项指标至为重(chóng)要。

9. 最大(dà)功率P

二极管中有电流(liú)流过(guò),就会吸热,而使自身温度升高。最大功率(lǜ)P为(wéi)功率(lǜ)的最大值。具体讲(jiǎng)就是加在二极管两端的电压(yā)乘以(yǐ)流(liú)过的电(diàn)流。这(zhè)个极(jí)限参数对稳压(yā)二极(jí)管,可变(biàn)电阻二(èr)极管显得特(tè)别(bié)重要(yào)。

三.几种常(cháng)用二极管的(de)特点

1.整流(liú)二(èr)极(jí)管

整流二极管(guǎn)结构主要是平面接触型(xíng),其特点是允许通过的电(diàn)流比较大,反(fǎn)向击(jī)穿电压比较高,但PN结电容比较大(dà),一般广泛应用(yòng)于处理(lǐ)频率不高的(de)电路中。例如整(zhěng)流(liú)电路(lù)、嵌位电路、保护电路等(děng)。整(zhěng)流二极(jí)管在使用中主要(yào)考虑的问(wèn)题是最大整流电流和最(zuì)高反(fǎn)向工(gōng)作电压(yā)应大于实际工作(zuò)中的值。

2.快(kuài)速二极管

快速二极管的(de)工作原(yuán)理与普通二极(jí)管是相同的,但(dàn)由于普通二极(jí)管工(gōng)作在开关状态下的反向(xiàng)恢复时间较长,约4~5ms,不能(néng)适应高频开关电路的要求。快速二极(jí)管主要应用于高频整流电路、高(gāo)频(pín)开关电源、高频阻容吸收电路、逆变电路等,其反向恢(huī)复时间可达10ns。快速(sù)二极管主要(yào)包括快恢(huī)复(fù)二极(jí)管和肖特(tè)基二(èr)极(jí)管。

快恢(huī)复二极(jí)管(简称FRD)是一种具有开关特性好、反向(xiàng)恢复时间短特点(diǎn)的半导(dǎo)体二极(jí)管,主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器(qì)等(děng)电子电路中(zhōng),作为高频(pín)整流二极管(guǎn)、续(xù)流二极(jí)管或阻尼二(èr)极管(guǎn)使用。 快恢复二极管在制造上(shàng)采用掺金、单纯的扩散等工艺,可获得较(jiào)高的开关速(sù)度,同时也能(néng)得到较高的耐压。快恢复二极管的内(nèi)部结(jié)构与普(pǔ)通PN结二(èr)极管不(bú)同(tóng),它属于PIN结型二(èr)极管,即在(zài)P型硅材料(liào)与N型硅材料中间增加了基区I,构成PIN硅片。因基(jī)区很薄(báo),反向(xiàng)恢(huī)复电(diàn)荷很小,所以(yǐ)快恢复二极(jí)管的反向恢复时间较短,正(zhèng)向压降较低,反向击(jī)穿电压(耐压值)较高(gāo)。目前快(kuài)恢复二极管主要应用在逆变电(diàn)源中作(zuò)整流元件,高频电路中的(de)限(xiàn)幅、嵌位等(děng)。

肖(xiāo)特基(Schottky)二极管也(yě)称肖特基势垒二极管(简称SBD),是(shì)由金属(shǔ)与半导体接触形(xíng)成(chéng)的势垒(lěi)层为基础制成(chéng)的(de)二极管,其主要特(tè)点(diǎn)是正向导通压降(jiàng)小(约(yuē)0.45V),反向恢复时间短(duǎn)和开(kāi)关损耗小(xiǎo),是一(yī)种低功耗、超高速半(bàn)导体器件,广(guǎng)泛应用于开(kāi)关电源、变频器、驱动(dòng)器等电路,作高频、低压、大电流整流二极(jí)管、续(xù)流二极管(guǎn)、保护二(èr)极管使用(yòng),或在微波通(tōng)信等(děng)电路中作整流二极管、小信号检(jiǎn)波二极管使(shǐ)用。肖特基二极管在结构原理上与PN结二极管有很大区(qū)别,它(tā)的内部(bù)是(shì)由阳(yáng)极金属(用钼或铝等材料(liào)制成的阻挡层)、二氧化硅(guī)(SiO2)电(diàn)场消(xiāo)除材料、N-外延层(砷材料)、N型(xíng)硅基(jī)片、N+阴极层及阴极金属(shǔ)等构成,如图(tú)所示。在(zài)N型基片和阳极金属之间(jiān)形(xíng)成肖特(tè)基势垒(lěi)。当在肖(xiāo)特基势垒两端加上正向偏压(阳极金属接电源正极,N型基片接电源负极)时,肖特基势垒层变窄,其(qí)内阻变小(xiǎo);反之,若在肖特基(jī)势垒两端加上反向偏压时,肖特基势垒层则变宽,其内(nèi)阻变大。

肖特基二极管存在的问题是(shì)耐(nài)压比(bǐ)较低,反向漏(lòu)电流(liú)比(bǐ)较大。目前(qián)应用在功率变换电路中的肖特基二极管的(de)大体水(shuǐ)平(píng)是耐(nài)压在(zài)150V以下,平均电流(liú)在100A以(yǐ)下,反(fǎn)向(xiàng)恢复(fù)时间在10~40ns。肖特基二极管应(yīng)用(yòng)在高频低压电路中(zhōng),是比较理(lǐ)想(xiǎng)的。

3.稳压二极管

稳压二(èr)极管是利用PN结反向击(jī)穿特(tè)性所表(biǎo)现(xiàn)出的稳压性能制成的器(qì)件。稳压二(èr)极管也(yě)称齐纳二极管或反向击(jī)穿二极管(guǎn),在电(diàn)路中起稳定电压作用。它是利用二极管(guǎn)被反向击穿(chuān)后,在(zài)一定反(fǎn)向电流范围内反(fǎn)向电(diàn)压不随反向电(diàn)流变化这一(yī)特点进行稳压的。稳压二极管通常由(yóu)硅半导体材料采用合金法或扩散法制成。它既具有普(pǔ)通二极管(guǎn)的单向导电特性(xìng),又可工作于反向击穿状态。在反向(xiàng)电压较低时,稳(wěn)压二极管(guǎn)截止;当(dāng)反(fǎn)向电压(yā)达到一定数值(zhí)时(shí),反向电流突然增大,稳压(yā)二极(jí)管(guǎn)进入击穿区,此时即使反向(xiàng)电流在(zài)很大范围内变化(huà)时,稳压二极管两端的反向电压也能保持基本(běn)不变。但若(ruò)反(fǎn)向电流增(zēng)大到一定(dìng)数值后,稳压二极管则会被彻底击穿而损(sǔn)坏(huài)。

稳压二极管根据其封装(zhuāng)形式、电(diàn)流容量、内部结构的不同(tóng)可以(yǐ)分为多种类型。稳压(yā)二极(jí)管(guǎn)根据其封(fēng)装(zhuāng)形式可分为金属外壳封(fēng)装(zhuāng)稳压(yā)二(èr)极管、玻璃封装(简称玻封)稳压二极管和塑料(liào)封(fēng)装(简称塑封)稳压二极管。塑(sù)封稳压二极(jí)管又(yòu)分为有引(yǐn)线型和表面封(fēng)装两种类型。

稳压管的主要参(cān)数有:①稳压值VZ 。指当(dāng)流过稳压管(guǎn)的电流为某一规(guī)定(dìng)值(zhí)时(shí),稳(wěn)压管两端的压降(jiàng)。②电压(yā)温度系数 。稳压管的稳压值VZ的温度系数在VZ低于4V时为(wéi)负温度(dù)系数(shù)值;当VZ的值大于(yú)7V时,其(qí)温度系数为正(zhèng)值;而VZ的值(zhí)在6V左右(yòu)时,其温度系数近似(sì)为零。目前低温度(dù)系数的(de)稳压管(guǎn)是(shì)由(yóu)两(liǎng)只稳(wěn)压管反向串联而成,利(lì)用两只稳压管处于正反向工作状态时具有正(zhèng)、负(fù)不同的温度(dù)系数,可得到很好的温度补偿。③动态电阻rZ。表示稳压管稳压(yā)性能的优劣,一(yī)般工作电流(liú)越大(dà),rZ越小。④允许(xǔ)功耗PZ。由稳压管允许达(dá)到的温升决定,小功率稳(wěn)压(yā)管的PZ值为100~1000mW,大功率的可达(dá)50W。⑤稳定电流IZ。测试稳(wěn)压(yā)管参数(shù)时所加的电流。实际流过稳压管(guǎn)的(de)电流低于IZ时仍(réng)能稳压,但rZ较大。

稳压管的最主要的用途是稳定电(diàn)压。在要求精度不高、电流变化范围不大的情况下,可选与需要的稳压值最为接近的稳压管直接同负载并联。在稳压、稳(wěn)流电源系统(tǒng)中一般作基准电源,也有在(zài)集(jí)成运放中作(zuò)为直流电平(píng)平(píng)移。其存在的缺点是(shì)噪声系数较高,稳定性较差。

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