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普及電氣知識·二極管的分類及選型
點擊次數：467 發布時間：2012-9-26
二極管的分類及選型
| 一.半導體二極管的分類 半導體二極管按其用途可分為：普通二極管和特殊二極管。普通二極管包括整流二極管、檢波二極管、穩壓二極管、開關二極管、快速二極管等；特殊二極管包括變容二極管、發光二極管、隧道二極管、觸發二極管等。 二.半導體二極管的主要參數 1．反向飽和漏電流IR 指在二極管兩端加入反向電壓時，流過二極管的電流，該電流與半導體材料和溫度有關。在常溫下，硅管的IR為納安（10-9A）級，鍺管的IR為微安（10-6A）級。 2．額定整流電流IF 指二極管長期運行時，根據允許溫升折算出來的平均電流值。目前大功率整流二極管的IF值可達1000A。 3. zui大平均整流電流IO 在半波整流電路中，流過負載電阻的平均整流電流的zui大值。這是設計時非常重要的值。 4. zui大浪涌電流IFSM 允許流過的過量的正向電流。它不是正常電流，而是瞬間電流，這個值相當大。 5．zui大反向峰值電壓VRM 即使沒有反向電流，只要不斷地提高反向電壓，遲早會使二極管損壞。這種能加上的反向電壓，不是瞬時電壓，而是反復加上的正反向電壓。因給整流器加的是交流電壓，它的zui大值是規定的重要因子。zui大反向峰值電壓VRM指為避免擊穿所能加的zui大反向電壓。目前zui高的VRM值可達幾千伏。 6. zui大直流反向電壓VR 上述zui大反向峰值電壓是反復加上的峰值電壓，VR是連續加直流電壓時的值。用于直流電路，zui大直流反向電壓對于確定允許值和上限值是很重要的. 7．zui高工作頻率fM 由于PN結的結電容存在，當工作頻率超過某一值時，它的單向導電性將變差。點接觸式二極管的fM值較高，在100MHz以上；整流二極管的fM較低，一般不高于幾千赫。 8．反向恢復時間Trr 當工作電壓從正向電壓變成反向電壓時，二極管工作的理想情況是電流能瞬時截止。實際上，一般要延遲一點點時間。決定電流截止延時的量，就是反向恢復時間。雖然它直接影響二極管的開關速度，但不一定說這個值小就好。也即當二極管由導通突然反向時，反向電流由很大衰減到接近IR時所需要的時間。大功率開關管工作在高頻開關狀態時，此項指標至為重要。 9. zui大功率P 二極管中有電流流過，就會吸熱，而使自身溫度升高。zui大功率P為功率的zui大值。具體講就是加在二極管兩端的電壓乘以流過的電流。這個極限參數對穩壓二極管，可變電阻二極管顯得特別重要。 三.幾種常用二極管的特點 1．整流二極管 整流二極管結構主要是平面接觸型，其特點是允許通過的電流比較大，反向擊穿電壓比較高，但PN結電容比較大，一般廣泛應用于處理頻率不高的電路中。例如整流電路、嵌位電路、保護電路等。整流二極管在使用中主要考慮的問題是zui大整流電流和zui高反向工作電壓應大于實際工作中的值。 2．快速二極管 快速二極管的工作原理與普通二極管是相同的，但由于普通二極管工作在開關狀態下的反向恢復時間較長，約4～5ms，不能適應高頻開關電路的要求。快速二極管主要應用于高頻整流電路、高頻開關電源、高頻阻容吸收電路、逆變電路等，其反向恢復時間可達10ns。快速二極管主要包括快恢復二極管和肖特基二極管。 快恢復二極管（簡稱FRD）是一種具有開關特性好、反向恢復時間短特點的半導體二極管，主要應用于開關電源、PWM脈寬調制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續流二極管或阻尼二極管使用。 快恢復二極管在制造上采用摻金、單純的擴散等工藝，可獲得較高的開關速度，同時也能得到較高的耐壓。快恢復二極管的內部結構與普通PN結二極管不同，它屬于PIN結型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區I，構成PIN硅片。因基區很薄，反向恢復電荷很小，所以快恢復二極管的反向恢復時間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。目前快恢復二極管主要應用在逆變電源中作整流元件，高頻電路中的限幅、嵌位等。 肖特基（Schottky）二極管也稱肖特基勢壘二極管（簡稱SBD），是由金屬與半導體接觸形成的勢壘層為基礎制成的二極管，其主要特點是正向導通壓降小（約0.45V），反向恢復時間短和開關損耗小，是一種低功耗、超高速半導體器件，廣泛應用于開關電源、變頻器、驅動器等電路，作高頻、低壓、大電流整流二極管、續流二極管、保護二極管使用，或在微波通信等電路中作整流二極管、小信號檢波二極管使用。肖特基二極管在結構原理上與PN結二極管有很大區別，它的內部是由陽極金屬（用鉬或鋁等材料制成的阻擋層）、二氧化硅（SiO2）電場消除材料、N-外延層（砷材料）、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構成，如圖所示。在N型基片和陽極金屬之間形成肖特基勢壘。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓（陽極金屬接電源正極，N型基片接電源負極）時，肖特基勢壘層變窄，其內阻變小；反之，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時，肖特基勢壘層則變寬，其內阻變大。 肖特基二極管存在的問題是耐壓比較低，反向漏電流比較大。目前應用在功率變換電路中的肖特基二極管的大體水平是耐壓在150V以下，平均電流在100A以下，反向恢復時間在10～40ns。肖特基二極管應用在高頻低壓電路中，是比較理想的。 3．穩壓二極管 穩壓二極管是利用PN結反向擊穿特性所表現出的穩壓性能制成的器件。穩壓二極管也稱齊納二極管或反向擊穿二極管，在電路中起穩定電壓作用。它是利用二極管被反向擊穿后，在一定反向電流范圍內反向電壓不隨反向電流變化這一特點進行穩壓的。穩壓二極管通常由硅半導體材料采用合金法或擴散法制成。它既具有普通二極管的單向導電特性，又可工作于反向擊穿狀態。在反向電壓較低時，穩壓二極管截止；當反向電壓達到一定數值時，反向電流突然增大，穩壓二極管進入擊穿區，此時即使反向電流在很大范圍內變化時，穩壓二極管兩端的反向電壓也能保持基本不變。但若反向電流增大到一定數值后，穩壓二極管則會被*擊穿而損壞。 穩壓二極管根據其封裝形式、電流容量、內部結構的不同可以分為多種類型。穩壓二極管根據其封裝形式可分為金屬外殼封裝穩壓二極管、玻璃封裝（簡稱玻封）穩壓二極管和塑料封裝（簡稱塑封）穩壓二極管。塑封穩壓二極管又分為有引線型和表面封裝兩種類型。 穩壓管的主要參數有：①穩壓值VZ 。指當流過穩壓管的電流為某一規定值時，穩壓管兩端的壓降。②電壓溫度系數 。穩壓管的穩壓值VZ的溫度系數在VZ低于4V時為負溫度系數值；當VZ的值大于7V時，其溫度系數為正值；而VZ的值在6V左右時，其溫度系數近似為零。目前低溫度系數的穩壓管是由兩只穩壓管反向串聯而成，利用兩只穩壓管處于正反向工作狀態時具有正、負不同的溫度系數，可得到很好的溫度補償。③動態電阻rZ。表示穩壓管穩壓性能的優劣，一般工作電流越大，rZ越小。④允許功耗PZ。由穩壓管允許達到的溫升決定，小功率穩壓管的PZ值為100～1000mW,大功率的可達50W。⑤穩定電流IZ。測試穩壓管參數時所加的電流。實際流過穩壓管的電流低于IZ時仍能穩壓，但rZ較大。 穩壓管的zui主要的用途是穩定電壓。在要求精度不高、電流變化范圍不大的情況下，可選與需要的穩壓值zui為接近的穩壓管直接同負載并聯。在穩壓、穩流電源系統中一般作基準電源，也有在集成運放中作為直流電平平移。其存在的缺點是噪聲系數較高，穩定性較差。 |