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二極管的參數(shù)知識(shí)解析

發(fā)布時(shí)間：2020-09-24 18:30:15
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二極管的參數(shù)知識(shí)解析

二極管的參數(shù)解釋

常規(guī)參數(shù)：正向壓降、反向擊穿電壓、連續(xù)電流、反向漏電等；

交流參數(shù)：開關(guān)速度、反向恢復(fù)時(shí)間、截止頻率、阻抗、結(jié)電容等；

極限參數(shù)：最大耗散功率、工作溫度、存貯條件、最大整流電流等。

一、常規(guī)參數(shù)

正向?qū)▔航?/div>

壓降：二極管的電流流過負(fù)載以后相對(duì)于同一參考點(diǎn)的電勢(shì)（電位）變化稱為電壓降，簡(jiǎn)稱壓降。

導(dǎo)通壓降：二極管開始導(dǎo)通時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓。

正向特性：在二極管外加正向電壓時(shí)，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的阻擋作用，正向電流幾乎為零。當(dāng)正向電壓大到足以克服PN結(jié)電場(chǎng)時(shí)，二極管正向?qū)?，電流隨電壓增大而迅速上升。

反向特性：外加反向電壓不超過一定范圍時(shí)，通過二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。反向電壓增大到一定程度后，二極管反向擊穿。
二極管的參數(shù)

正向?qū)▔航蹬c導(dǎo)通電流的關(guān)系

在二極管兩端加正向偏置電壓時(shí)，其內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)域變窄，可以有較大的正向擴(kuò)散電流通過PN結(jié)。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值(這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V)以后，二極管才能真正導(dǎo)通。但二極管的導(dǎo)通壓降是恒定不變的嗎?它與正向擴(kuò)散電流又存在什么樣的關(guān)系?通過下圖1的測(cè)試電路在常溫下對(duì)型號(hào)為SM360A的二極管進(jìn)行導(dǎo)通電流與導(dǎo)通壓降的關(guān)系測(cè)試，可得到如圖2所示的曲線關(guān)系：正向?qū)▔航蹬c導(dǎo)通電流成正比，其浮動(dòng)壓差為0.2V。從輕載導(dǎo)通電流到額定導(dǎo)通電流的壓差雖僅為0.2V，但對(duì)于功率二極管來說它不僅影響效率也影響二極管的溫升，所以在價(jià)格條件允許下，盡量選擇導(dǎo)通壓降小、額定工作電流較實(shí)際電流高一倍的二極管。
二極管的參數(shù)

圖1 二極管導(dǎo)通壓降測(cè)試電路
二極管的參數(shù)

圖2 導(dǎo)通壓降與導(dǎo)通電流關(guān)系

正向?qū)▔航蹬c環(huán)境的溫度的關(guān)系

在我們開發(fā)產(chǎn)品的過程中，高低溫環(huán)境對(duì)電子元器件的影響才是產(chǎn)品穩(wěn)定工作的最大障礙。環(huán)境溫度對(duì)絕大部分電子元器件的影響無疑是巨大的，二極管當(dāng)然也不例外，在高低溫環(huán)境下通過對(duì)SM360A的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表1與圖3的關(guān)系曲線可知道：二極管的導(dǎo)通壓降與環(huán)境溫度成反比。在環(huán)境溫度為-45℃時(shí)雖導(dǎo)通壓降最大，卻不影響二極管的穩(wěn)定性，但在環(huán)境溫度為75℃時(shí)，外殼溫度卻已超過了數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的125℃，則該二極管在75℃時(shí)就必須降額使用。這也是為什么開關(guān)電源在某一個(gè)高溫點(diǎn)需要降額使用的因素之一。

表 1 導(dǎo)通壓降與導(dǎo)通電流測(cè)試數(shù)據(jù)
二極管的參數(shù)

圖3 導(dǎo)通壓降與環(huán)境溫度關(guān)系曲線

最大整流電流IF

是指二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過的最大正向平均電流值，其值與PN結(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。因?yàn)殡娏魍ㄟ^管子時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為141左右，鍺管為90左右）時(shí)，就會(huì)使管芯過熱而損壞。所以在規(guī)定散熱條件下，二極管使用中不要超過二極管最大整流電流值。例如，常用的IN4001－4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。

最高反向工作電壓Udrm

加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時(shí)，會(huì)將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V。

反向電流Idrm

反向電流是指二極管在常溫（25℃）和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管，在25℃時(shí)反向電流若為250uA，溫度升高到35℃，反向電流將上升到500uA，依此類推，在75℃時(shí)，它的反向電流已達(dá)8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會(huì)使管子過熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管，25℃時(shí)反向電流僅為5uA，溫度升高到75℃時(shí)，反向電流也不過160uA。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。

外加反向電壓不超過一定范圍時(shí)，通過二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流，二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。

一般硅管的反向電流比鍺管小得多，小功率硅管的反向飽和電流在nA數(shù)量級(jí)，小功率鍺管在μA數(shù)量級(jí)。溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體受熱激發(fā)，少數(shù)載流子數(shù)目增加，反向飽和電流也隨之增加。

二極管漏電流與反向電壓的關(guān)系

在二極管兩端加反向電壓時(shí)，其內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)域變寬，有較少的漂移電流通過PN結(jié)，形成我們所說的漏電流。漏電流也是評(píng)估二極管性能的重要參數(shù)，二極管漏電流過大不僅使其自身溫升高，對(duì)于功率電路來說也會(huì)影響其效率，不同反向電壓下的漏電流是不同的，關(guān)系如圖4所示：反向電壓愈大，漏電流越大，在常溫下肖特基管的漏電流可忽略。

圖4 反向電壓與漏電流關(guān)系曲線

二極管漏電流與環(huán)境溫度的關(guān)系

其實(shí)對(duì)二極管漏電流影響最大的還是環(huán)境溫度，下圖5是在額定反壓下測(cè)試的關(guān)系曲線，從中可以看出：溫度越高，漏電流越大。在75℃后成直線上升，該點(diǎn)的漏電流是導(dǎo)致二極管外殼在額定電流下達(dá)到125℃的兩大因素之一，只有通過降額反向電壓和正向?qū)娏鞑拍芙档投O管的工作溫度。
二極管的參數(shù)

圖5 漏電流與環(huán)境溫度關(guān)系曲線

電壓溫度系數(shù)αuz

αuz指溫度每升高一攝氏度時(shí)的穩(wěn)定電壓的相對(duì)變化量。uz為6v左右的穩(wěn)壓二極管的溫度穩(wěn)定性較好

二、最大額定值　——極限參數(shù)

最大反向峰值電壓VRM

即使沒有反向電流,只要不斷地提高反向電壓,遲早會(huì)使二極管損壞。這種能加上的反向電壓,不是瞬時(shí)電壓,而是反復(fù)加上的正反向電壓。因給整流器加的是交流電壓,它的最大值是規(guī)定的重要因子?！　?/div>

最大直流反向電壓VR

上述最大反向峰值電壓是反復(fù)加上的峰值電壓,VR是連續(xù)加直流電壓時(shí)的值。用于直流電路,最大直流反向電壓對(duì)于確定允許值和上限值是很重要的。　

最大浪涌電流Isurge　　

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(gè)值相當(dāng)大。　

最大平均整流電流IO　　

在半波整流電路中,流過負(fù)載電阻的平均整流電流的最大值。這是設(shè)計(jì)時(shí)非常重要的值?！?/div>

最大交流輸入電壓VI　　

在半波整流電路(電阻負(fù)荷)上加的正弦交流電壓的有效值。這也是選擇整流器時(shí)非常重要的參數(shù)。最大峰值正向電流IFM 正向流過的最大電流值,這也是設(shè)計(jì)整流電路時(shí)的重要參數(shù)?！　?/div>

最大功率P　　

二極管中有電流流過,就會(huì)吸熱,而使自身溫度升高。最大功率P為功率的最大值。具體講就是加在二極管兩端的電壓乘以流過的電流。這個(gè)極限參數(shù)對(duì)穩(wěn)壓二極管,可變電阻二極管顯得特別重要?！　?/div>

反向電流IR　　

一般說來,二極管中沒有反向電流流過,實(shí)際上,加一定的反向電壓,總會(huì)有電流流過,這就是反向電流。不用說,好的二極管,反向電流較小?！　?/div>

反向恢復(fù)時(shí)間tre

指在規(guī)定的負(fù)載、正向電流及最大反向瞬態(tài)電壓下的反向恢復(fù)時(shí)間。從正向電壓變成反向電壓時(shí),理想情況是電流能瞬時(shí)截止,實(shí)際上,一般要延遲一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間。決定電流截止延時(shí)的量,就是反向恢復(fù)時(shí)間。雖然它直接影響二極管的開關(guān)速度,但不一定說這個(gè)值小就好。

IF— 最大平均整流電流。

指二極管工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流。該電流由PN結(jié)的結(jié)面積和散熱條件決定。使用時(shí)應(yīng)注意通過二極管的平均電流不能大于此值，并要滿足散熱條件。例如1N4000系列二極管的IF為1A。

VR— 最大反向工作電壓。

指二極管兩端允許施加的最大反向電壓。若大于此值，則反向電流(IR)劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，從而引起反向擊穿。通常取反向擊穿電?VB)的一半作為(VR)。例如1N4001的VR為50V，1N4007的VR為1OOOV.

IR— 反向電流。

指二極管未擊穿時(shí)反向電流值。溫度對(duì)IR的影響很大。例如1N4000系列二極管在100°C條件IR應(yīng)小于500uA;在25°C時(shí)IR應(yīng)小于5uA。

VR— 擊穿電壓。

指二極管反向伏安特性曲線急劇彎曲點(diǎn)的電壓值。反向?yàn)檐浱匦詴r(shí)，則指給定反向漏電流條件下的電壓值。

三、交流參數(shù)

CO— 零偏壓電容。

指二極管兩端電壓為零時(shí)，擴(kuò)散電容及結(jié)電容的容量之和。值得注意的，由于制造工藝的限制，即使同一型號(hào)的二極管其參數(shù)的離散性也很大。手冊(cè)中給出的參數(shù)往往是一個(gè)范圍，若測(cè)試條件改變，則相應(yīng)的參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，例如在25°C時(shí)測(cè)得1N5200系列硅塑封整流二極管的IR小于1OuA，而在 100°C時(shí)IR則變?yōu)樾∮?00uA。

我們知道二極管具有容易從P型向N型半導(dǎo)體通過電流,而在相反方向不易通過的的特性。這兩種特性合起來就產(chǎn)生了電容器的作用,即蓄積電荷的作用。蓄積有電荷,當(dāng)然要放電。放電可以在任何方向進(jìn)行。而二極管只在一個(gè)方向有電流流過這種說法,嚴(yán)格來說是不成立的。這種情況在高頻時(shí)就明顯表現(xiàn)出來。因此,二極管的極電容以小為好。

動(dòng)態(tài)電阻Rd

二極管特性曲線靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近電壓的變化與相應(yīng)電流的變化量之比。

最高工作頻率Fm

Fm是二極管工作的上限頻率。因二極管與PN結(jié)一樣，其結(jié)電容由勢(shì)壘電容組成。所以Fm的值主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。若是超過此值。則單向?qū)щ娦詫⑹苡绊憽?/div>

二極管反向恢復(fù)時(shí)間

如圖6所示，二極管的反向恢復(fù)時(shí)間為電流通過零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)換成反向，再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時(shí)間間隔，實(shí)際上是釋放二極管在正向?qū)ㄆ陂g向PN結(jié)的擴(kuò)散電容中儲(chǔ)存的電荷。反向恢復(fù)時(shí)間決定了二極管能在多高頻率的連續(xù)脈沖下做開關(guān)使用，如果反向脈沖的持續(xù)時(shí)間比反向恢復(fù)時(shí)間短，則二極管在正向、反向均可導(dǎo)通就起不到開關(guān)的作用。PN結(jié)中儲(chǔ)存的電荷量與反向電壓共同決定了反向恢復(fù)時(shí)間，而在高頻脈沖下不但會(huì)使其損耗加重，也會(huì)引起較大的電磁干擾。所以知道二極管的反向恢復(fù)時(shí)間正確選擇二極管和合理設(shè)計(jì)電路是必要的，選擇二極管時(shí)應(yīng)盡量選擇PN結(jié)電容小、反向恢復(fù)時(shí)間短的，但大多數(shù)廠家都不提供該參數(shù)數(shù)據(jù)。
二極管的參數(shù)

圖6 二極管恢復(fù)時(shí)間示意圖
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