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為什么二極管的反向電流在一段時(shí)間內(nèi)不變

 transcend_0 2015-07-24
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PN結(jié)簡(jiǎn)述  
1949年P(guān)N結(jié)理論發(fā)表,1950年制造PN結(jié)二極管的擴(kuò)散法出現(xiàn),半導(dǎo)體技術(shù)從此蓬勃發(fā)展,人類進(jìn)入了微電子時(shí)代。
半導(dǎo)體材料有如下的一些特點(diǎn):半導(dǎo)體材料的電阻率受雜質(zhì)含量的多少的影響極大,如在硅中只要摻入百萬分之一的雜質(zhì)硼,硅的電阻率就會(huì)從214,000Ω·cm下降至0.4Ω·cm;半導(dǎo)體材料的電阻率受外界條件影響很大。例如溫度每升高8℃純凈硅的電阻率就會(huì)下降一半左右。

因此,半導(dǎo)體材料可以人為地控制電阻率取得不同的導(dǎo)電性能。在純凈的半導(dǎo)體材料(如硅)中摻入三價(jià)原子(如硼原子、鎵原子)形成P型半導(dǎo)體;摻入五價(jià)原子(如磷原子、砷原子)的半導(dǎo)體材料形成N型半導(dǎo)體材料。摻入雜質(zhì)的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的電阻率下降、導(dǎo)電性能增強(qiáng)。P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制分別為“空穴”和“電子”。

有了P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體,就出現(xiàn)了“PN”結(jié)。通過擴(kuò)散等工藝,把一塊半導(dǎo)體材料一邊做成N型半導(dǎo)體,一邊做成P型半導(dǎo)體。由于P型區(qū)的“空穴”多,N型區(qū)“電子”多,在P型區(qū)和N型區(qū)的交界處,“電子”從高濃度的N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散,同時(shí)“空穴”從濃度高的P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散。在P區(qū)內(nèi),“電子”稱為少數(shù)載流子,在N區(qū)內(nèi),“空穴”稱為少數(shù)載流子,擴(kuò)散到對(duì)方的“電子”或“空穴”稱為“非平衡少數(shù)載流子”。P型半導(dǎo)體體內(nèi)的“空穴”成為P型半導(dǎo)體的“多子”,同理,N型半導(dǎo)體內(nèi)的“電子”稱為N型半導(dǎo)體的“多子”。這些非平衡少數(shù)載流子的注入,必然與對(duì)方的多子復(fù)合,在交界面附近使載流子成對(duì)的消失,并且各留下不能移動(dòng)的正、負(fù)離子,構(gòu)成一個(gè)空間電荷區(qū),出現(xiàn)一個(gè)由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)。由正、負(fù)離子組成的空間電荷區(qū)就是“PN”結(jié)。

“PN”結(jié)具有正向?qū)?,反向截止的功能?
“PN”結(jié)的正向特性:觀察“PN結(jié)”的I-V特性曲線,發(fā)現(xiàn)在正向曲線起始階段,電流增長(zhǎng)緩慢,這是由于內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)外電場(chǎng)的抵消作用。當(dāng)正向電壓增加到一定的值后(硅管約為0.7V鍺管約為0.2V),內(nèi)建電場(chǎng)被完全消除,電流增長(zhǎng)很快,近乎直線上升。

“PN”結(jié)的反向特性:當(dāng)“PN”處于反向偏置時(shí),由于外電場(chǎng)的方向與內(nèi)建電場(chǎng)的方向一致,使空間電荷區(qū)加寬,空間電荷區(qū)內(nèi)都是不能移動(dòng)的正、負(fù)離子,不具有導(dǎo)電性。在“PN”結(jié)的額定擊穿電壓之前,反向偏置“PN”結(jié)的電流只由少數(shù)載流子漂移產(chǎn)生,其值基本上不隨反偏壓增大而上升。由于少數(shù)載流子的濃度受溫度影響很大(例如溫度每升高8℃純凈硅的電阻率就會(huì)下降一半左右),因此“PN”結(jié)的反向電流隨著溫度的升高會(huì)增大很快。
“PN”結(jié)的擊穿特性:當(dāng)加在“PN”結(jié)上的反向偏壓超過其設(shè)計(jì)的擊穿電壓后,“PN”結(jié)發(fā)生擊穿。“PN”結(jié)的擊穿主要有兩類,齊納擊穿和雪崩擊穿。齊納擊穿主要發(fā)生在兩側(cè)雜質(zhì)濃度都較高的“PN”結(jié),一般反向擊穿電壓小于4Eg/q的“PN”的擊穿模式就是齊納擊穿,擊穿機(jī)理就是強(qiáng)電場(chǎng)把共價(jià)鍵中的電子拉出來參與導(dǎo)電,使的少子濃度增加,反向電流上升。雪崩擊穿主要發(fā)生在“PN”結(jié)一側(cè)或兩側(cè)的雜質(zhì)濃度較低“PN”結(jié),一般反向擊穿電壓高于6 Eg/q的“PN”結(jié)的擊穿模式為雪崩擊穿。擊穿機(jī)理就是強(qiáng)電場(chǎng)使載流子的運(yùn)動(dòng)速度加快,動(dòng)能增大,撞擊中型原子時(shí)把外層電子撞擊出來,繼而產(chǎn)生連鎖反應(yīng),導(dǎo)致少數(shù)載流子濃度升高,反向電流劇增。
將一個(gè)“PN”結(jié)封裝在一個(gè)密封的管殼中(玻璃、塑料或金屬)并用引線引出電極,就成了一個(gè)二極管。

二極管的工作原理

晶體二極管是一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié),在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層,并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí),由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí),外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抵消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí),外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng),形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí),p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值發(fā)生載流子的倍增效應(yīng),產(chǎn)生大量電子空穴對(duì),從而產(chǎn)生數(shù)值很大的反向擊穿電流,這稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。

二極管的導(dǎo)電特性

二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦浴T陔娐分?,電流只能從二極管的正極流入,負(fù)極流出。下面介紹一下二極管的正向特性和反向特性。

1、正向特性

在電子電路中,將二極管的正極接在高電位端、負(fù)極接在低電位端,二極管就會(huì)導(dǎo)通,這種連接方式稱為正向偏置。必須說明,當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí),流過二極管的正向電流十分微弱,此時(shí)二極管仍然不能導(dǎo)通。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。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變(鍺管約為0.3V,硅管約為0.7V),此電壓稱為二極管的“正向壓降”。

2、反向特性

在電子電路中,二極管的正極接在低電位端、負(fù)極接在高電位端,此時(shí)二極管中幾乎沒有電流流過,二極管處于截止?fàn)顟B(tài),這種連接方式稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時(shí),仍然會(huì)有微弱的反向電流流過二極管,稱為反向漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值,反向電流會(huì)急劇增大,二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?,這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。

二極管的種類及特點(diǎn)
1、按材料劃分
按材料分,有鍺二極管、硅二極管、砷化鎵二極管。它們雖然都由PN結(jié)構(gòu)成,但由于材料不同,故性能也不盡相同。鍺二極管的壓降比硅二極管的壓降小,鍺管為0.15~0.3伏,硅管為0.6~0.7伏。鍺二極管的反向飽和漏電流比硅二極管大,鍺管一般為十到幾百微安,而硅管在1微安以下。鍺管耐高溫性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如硅管,鍺管最高承受溫度不超過100℃,而硅管可高達(dá)200℃。

2、按管芯結(jié)構(gòu)劃分

按照管芯結(jié)構(gòu)可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。



點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面,通以脈沖電流,使金屬絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起,形成一個(gè)“PN結(jié)”。由于是點(diǎn)接觸,只允許通過較小的電流(不超過幾十毫安),適用于高頻小電流電路,如收音機(jī)的檢波等。由于PN結(jié)面積小,所以正向時(shí)擴(kuò)散區(qū)存儲(chǔ)的電荷少、且PN結(jié)電容小,可以工作在很高的頻率,但不能承受大的正向電流和高的反向電壓,這類管子也稱為合金管,一般反向耐壓很低,功耗也不大,在普通用途中用量不大。



面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大,允許通過較大的正向電流(幾安到幾十安)和反向電壓,性能較為穩(wěn)定,主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。但一般反向恢復(fù)時(shí)間也就較大。一般不適宜在高頻電路中使用。但現(xiàn)在的器件設(shè)計(jì)師通過種種辦法在提高面接觸型二極管的反向恢復(fù)時(shí)間性能(如通過摻入復(fù)合中心,減小擴(kuò)散區(qū)體積等)。當(dāng)然,這些措施也會(huì)引起正向壓降增大的不利之處。



平面型二極管是一種特制的硅二極管,它不僅能通過較大的電流,而且性能穩(wěn)定可靠,多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。



3、按用途劃分



二極管按用途不同,可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管等。



(1)整流二極管。整流二極管主要用于整流電路中。它是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦园呀涣麟娹D(zhuǎn)變成脈動(dòng)直流電。一般,它用硅材料做成面結(jié)合型,因此其結(jié)電容較大,但是其頻率范圍較窄且低,在3KHz以下。包括普通整流二極管、快恢復(fù)整流二極管(HER系列)、肖特基整流二極管(SR系列)等。一般在要求反向耐壓及正向?qū)娏鳚M足要求的基礎(chǔ)上分為如下情況:1直接對(duì)電源整流或接有容性負(fù)載或感性負(fù)載處的整流管,要求承受浪涌電壓和浪涌電流的能力較強(qiáng);2對(duì)開關(guān)電源次級(jí)整流的整流管,要求反向恢復(fù)時(shí)間要快,正向壓降要小,整流效率要高。否則會(huì)引起低壓斷電等故障。同時(shí)反向恢復(fù)時(shí)間時(shí)間過長(zhǎng),也會(huì)對(duì)PWM模塊造成不良影響。肖特基二極管的漏電流很大,可達(dá)毫安級(jí),隨溫度的上升漏電流上升更快;反向耐壓很低,現(xiàn)在的工藝可以200V以上的肖特基二極管,但肖特基二極管具有快速的反應(yīng)時(shí)間及很小的正向壓降的特點(diǎn)。







(2)穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓二極管是一種特殊的齊納二極管。主要利用其在反向電壓臨近擊穿電壓時(shí)反向電流急劇增大,發(fā)生可逆性擊穿(即此時(shí)的管子處于電流在很大的范圍內(nèi)變動(dòng)而管子仍處于可控的狀態(tài))的特性。盡管電流在很大范圍內(nèi)變化,但二極管的電壓基本穩(wěn)定在擊穿電壓附近。利用穩(wěn)壓二極管微小的電壓變化引起極大的電流變化的特點(diǎn)快速地把變化的電壓反饋到電壓調(diào)節(jié)電阻上,在穩(wěn)壓電路中串聯(lián)一個(gè)合適的電壓調(diào)節(jié)電阻就可以把電壓調(diào)節(jié)在需要的值上。穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù):1穩(wěn)壓值Vz  穩(wěn)壓管在電路中能穩(wěn)定的電壓值,如3.3V、4.7V、5V、9V等;此值一般指在某一穩(wěn)壓電流下的值,在實(shí)際的電路中流過的穩(wěn)壓電流值不一定就是穩(wěn)壓電流值,因此,實(shí)際電路中穩(wěn)壓管穩(wěn)壓端的值不一定就是規(guī)范中穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值,但規(guī)范中的穩(wěn)壓值是中心值。2穩(wěn)壓電流IZM   穩(wěn)壓二極管允許長(zhǎng)期通過的最大穩(wěn)壓電流,穩(wěn)壓管的實(shí)際工作電流要小于此IZM值,否則穩(wěn)壓管會(huì)因電流過大而過熱損壞。3動(dòng)態(tài)電阻Rz    動(dòng)態(tài)電阻是指在規(guī)定的工作電流下,穩(wěn)壓值的微小變化與通過二極管電流的變量的比值。動(dòng)態(tài)電阻值是衡量穩(wěn)壓管穩(wěn)壓能力的一個(gè)參數(shù)。穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻隨工作電流大小而改變,工作電流越大,動(dòng)態(tài)電阻越小,工作電流越小,動(dòng)態(tài)電阻越大。



(3)開關(guān)二極管。開關(guān)二極管利用了二極管的單向?qū)щ娞匦?。在PN結(jié)加上正向電壓后,其導(dǎo)通電阻很小;而加上反向電壓后截止,其電阻很大。因此,在電路中起到控制電流接通或關(guān)斷的作用。開關(guān)二極管的開關(guān)時(shí)間為開通時(shí)間和反向恢復(fù)時(shí)間的總和。其中,開通時(shí)間是指開關(guān)二極管從截止到導(dǎo)通所需的時(shí)間;反向恢復(fù)時(shí)間是指導(dǎo)通到截止所需的時(shí)間。一般,開關(guān)二極管的開關(guān)速度是很快的,而其反向恢復(fù)時(shí)間又遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開通時(shí)間,故在規(guī)格書中給出的一般是反向恢復(fù)時(shí)間。硅開關(guān)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間只有幾個(gè)納秒(ns),即10-9級(jí)秒;鍺開關(guān)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間要長(zhǎng)一些,但也只有幾百納秒。開關(guān)二極管具有開、關(guān)速度快,體積小,可靠性強(qiáng),使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制電路。



(4)變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)空間電荷區(qū)具有電容特性的原理制成的特殊二極管。一般的PN結(jié)二極管只有很小的內(nèi)部電容量(幾PF以內(nèi)),但是通過利用PN結(jié)的一些結(jié)構(gòu)特性,具有特殊結(jié)構(gòu)的PN結(jié)的這個(gè)內(nèi)部電容量就可作到可觀的容量,并可以像普通的電容器一樣運(yùn)用于電路中。其容量隨電壓的變化可在1PF到2000PF之間變化。如變?nèi)荻O管MA335在反向2V左右的偏置下1MHz的頻率下容量可達(dá)36PF左右。變?nèi)荻O管的功耗與普通PN結(jié)二極管的功耗不同。普通二極管的功耗等于該管正向直流電流與正向壓降的乘積,而變?nèi)荻O管的功耗是通過二極管的交流電流與二極管的等效串聯(lián)電阻的造成的。在一定的范圍內(nèi),變?nèi)荻O管的反向偏壓越小,結(jié)電容越大,反之,反向偏壓越大,結(jié)電容就越小。變?nèi)荻O管的這個(gè)特性可取代變?nèi)萜?。變?nèi)荻O管有幾個(gè)特殊的參數(shù):1結(jié)電容的變化范圍或電容比  指反向電壓從零偏壓變化到規(guī)定的偏壓時(shí)結(jié)電容變化的多少。它影響調(diào)諧頻率的覆蓋面;2結(jié)電容 指特定偏壓下結(jié)電容的大??;3串聯(lián)電阻;4反向擊穿電壓,它決定了器件的最大反向工作電壓和最小電容值;5串聯(lián)電阻  變?nèi)荻O管有內(nèi)部電容,當(dāng)交流信號(hào)通過時(shí)還有內(nèi)部電阻。此電阻是由半導(dǎo)體材料的體電阻所決定的。



(5)瞬態(tài)電壓抑制二極管。瞬變電壓抑制二極管(TVS)是在穩(wěn)壓管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的過壓保護(hù)二極管。是一種特殊結(jié)構(gòu)的穩(wěn)壓二極管,主要用于對(duì)電路進(jìn)行快速的過壓保護(hù)。與一般的穩(wěn)壓二極管相比,TVS的突出特點(diǎn)是它具有快速的響應(yīng)時(shí)間和低串聯(lián)電阻,尤其是它能承受的瞬時(shí)功率容量很大,在1ms內(nèi)吸收的功率可達(dá)1000W以上,可以有效地保護(hù)對(duì)浪涌電壓敏感的器件和線路。瞬變電壓抑制二極管的主要參數(shù):1最大反向工作電壓VRmax。該參數(shù)表示瞬變電壓抑制二極管的最大允許直流工作電壓。在此電壓下,該二極管是不導(dǎo)通的。使用時(shí),應(yīng)使VRmax不低于被保護(hù)器件或線路的正常工作電壓。2最大鉗位電壓VCmax。該參數(shù)規(guī)定了當(dāng)峰值脈沖電流(持續(xù)時(shí)間通常為1ms)流經(jīng)瞬變電壓抑制二極管時(shí),在其兩端出現(xiàn)的最大壓降。它將浪涌電壓鉗制在這一點(diǎn)上。使用時(shí),VCmax不應(yīng)大于被保護(hù)器件的最大允許安全電壓。例如,常規(guī)CMOS電路的電源電壓是3~18V,擊穿電壓為22V左右,則為了保證CMOS的可靠工作,應(yīng)選用VCmax為18V~20V的瞬變電壓抑制二極管;3最大峰值脈沖電流Ipmax。該參數(shù)規(guī)定了瞬變電壓抑制二極管允許通過的最大脈沖電流。它與鉗位電壓VCmax的乘積,就是瞬態(tài)脈沖功率的最大值,使用時(shí),應(yīng)使瞬態(tài)電壓抑制二極管的額定瞬態(tài)脈沖功率大于被保護(hù)器件的或線路可能出現(xiàn)的最大浪涌功率。4擊穿電壓VBR。VBR是加到瞬變電壓抑制二極管的反向電壓,在此瞬間,二極管成為低阻抗的通路。



除了這些二極管,還有許多具有自己特點(diǎn)的二極管,如檢波二極管、阻尼/升壓二極管、開關(guān)二極管、低溫度系數(shù)二極管、大功率高反壓快恢復(fù)二極管等,這里就不一一贅述。


二極管的特性參數(shù)



(1)最大正向直流電流IFM   在整流應(yīng)用中,二極管正向?qū)〞r(shí)允 許通過的最大電流,它反應(yīng)一個(gè)管子所能承受的最大電流,如果在電路實(shí)際工作電流超過了最大正向直流電流,管子迅速發(fā)熱可能燒壞PN結(jié),使管子永久損壞。因此,在設(shè)計(jì)整流電路時(shí)不僅要看管子的反向耐壓,而且應(yīng)計(jì)算正向?qū)〞r(shí)流過的電流,合理選擇正向電流也適合的管子。  



(2)最高反向工作電壓VRWM  由于二極管會(huì)發(fā)生反向擊穿,一旦管子擊穿形成短路就有很大的反向電流,就意味著管子此時(shí)失去了單向?qū)щ娦圆⒖赡軐?dǎo)致二極管損壞。所以每種管子都規(guī)定一個(gè)比反向擊穿電壓低的最高反向工作電壓VRWM ,在實(shí)際工作中,只要反向電壓的峰值電壓不超過最高反向工作電壓,管子就可安全地工作。最高反向工作電壓是承受加在管子上反向電壓(峰值)的最大限額,不允許超過。



(3)反向恢復(fù)時(shí)間Trr  反向恢復(fù)過程的物理實(shí)質(zhì)是PN結(jié)正偏時(shí)擴(kuò)散區(qū)積累的非平衡載流子的消散過程和PN結(jié)空間電荷區(qū)勢(shì)壘電容的放電過程。主要影響表現(xiàn)為,當(dāng)二極管兩端電壓從正向負(fù)跳時(shí),二極管電流并不立即變?yōu)镻N結(jié)反向電流Io,而變?yōu)橄喈?dāng)大的反向電流Ir,并在一段時(shí)間ts內(nèi)維持不變,然后開始下降,經(jīng)過時(shí)間ts后,最終趨于二極管的反向電流值Io。在脈沖頻率較高的脈沖整流電路中,必須考慮二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。



(4)反向飽和電流Io   反向飽和電流只由少數(shù)載流子漂移產(chǎn)生,其值基本上不隨反偏壓增大而上升。反向飽和電流的大小反映了二極管的性能,其值越小越好。在整流應(yīng)用中,反向飽和電流值會(huì)影響二極管的可靠性,因?yàn)樵诜聪蚱珘阂欢ǖ那闆r下,反向飽和電流的大小決定了二極管本身的功耗,反向飽和電流越大,管子本身消耗的功耗越大,管子就會(huì)發(fā)熱,從而影響了管子長(zhǎng)時(shí)間的使用。



(5)正向電壓VFM  一般來說,單純的PN結(jié)的正向電壓硅結(jié)為0.7V左右,鍺結(jié)為0.2V左右,但實(shí)際的二極管的正向電壓都會(huì)大于此值。這是因?yàn)橐双@得各種性能的PN結(jié),制造商在設(shè)計(jì)PN結(jié)時(shí),都會(huì)對(duì)PN結(jié)的結(jié)構(gòu)和摻雜進(jìn)行一系列的變化,因而得出了各種各樣的正向壓降。正向壓降最高可達(dá)3V以上。而且同一管子中通過的正向電流不同時(shí),正向壓降也是不同的。正向壓降的值是盡可能越小越好。正向電壓越大,在管子上消耗的功耗越大,不僅影響電路的性能,而且影響管子的可靠性。



以上為二極管的主要參數(shù),一般電路設(shè)計(jì)師都會(huì)要求器件制造商必須滿足這些要求,并作為技術(shù)規(guī)范提供給器件制造商。除了這些參數(shù),各種特殊的二極管還有它們的一些特殊參數(shù),如穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓電流值、變?nèi)荻O管的在不同偏壓下和頻率下的電容值、瞬態(tài)電壓抑制二極管的抑制電壓值、低溫度系數(shù)二極管的溫度系數(shù)等等。



下面是具有某些參數(shù)的二極管使用時(shí)的一些建議:



1、 在實(shí)際使用中等容量(1A左右)的二極管是靠引線來散熱,因此引腳的長(zhǎng)度不要剪得太短,應(yīng)保持在3cm以上,大容量二極管,在周圍環(huán)境溫度超過50℃時(shí),電流規(guī)范值就須降低使用,最好是不要使用在周圍附近有發(fā)熱器件的地方。



2、 在用大電容器做濾波負(fù)載時(shí),二極管短時(shí)間允許沖擊電流也是重要參數(shù),即我們通常說的浪涌電流參數(shù)。一般要在10ms內(nèi)允許正向沖擊電流為正向電流的20~50倍。



3、接有感性負(fù)載的整流管的反向耐壓的余量也應(yīng)該足夠大,因?yàn)樵诮油ê蛿嚅_電源時(shí),感性負(fù)載也會(huì)產(chǎn)生極高的浪涌電壓。



對(duì)一具體的管子,不是每種參數(shù)都會(huì)要求,不同的管子可根據(jù)具體的使用條件要求各有不同。電路設(shè)計(jì)師可提出具體的參數(shù)要求給相關(guān)部門或器件制造商,選擇合適的管子。



二極管的使用建議



二極管的種類、型號(hào)很多,不同的電路選用根據(jù)要求選用合適的管子是一項(xiàng)重要而又難度較高的工作,下面從器件性能價(jià)格比、器件性能與電路的適應(yīng)性基礎(chǔ)上提出一些建議供參考。



(1)選擇整流二極管時(shí),除了了解正常的輸入輸出電壓電流、所使用的整流電路的形式外,還應(yīng)注意輸入端是否直接與電網(wǎng)相連,輸出端是否接有大的容性或感性負(fù)載,并考慮產(chǎn)生的浪涌的頻率與大小來選擇合適的整流二極管并采取適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)措施。另外,還要考慮輸入電壓的頻率,如開關(guān)電源的次級(jí)整流,需要選用快速整流二極管,這對(duì)整流效率或者PWM模塊的FET都是有利的。



(2)穩(wěn)壓二極管在常用的并聯(lián)穩(wěn)壓電路中,輸出電壓就是穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓,當(dāng)負(fù)載開路時(shí),這個(gè)電流應(yīng)小于穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流;



(3)變?nèi)荻O管在不同的偏壓下(測(cè)試頻率一定的情況下)容量是不一樣的,并且偏壓從小到大變化時(shí)容量的變化率要求是一額定值。



(4)TVS使用時(shí)主要是選擇反向工作電壓須大于保護(hù)器件的工作電壓,抑制電壓須小于保護(hù)器件的最大安全電壓,額定瞬態(tài)功率大于被保護(hù)器件或線路可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率。



下面是二極管可靠性使用中的一些的建議:



(1)低于二極管的標(biāo)稱額定值使用。最大額定值通常指絕對(duì)最大額定值,任何使用和測(cè)試時(shí)不允許超過最大額定值即使是瞬間也不允許,否則會(huì)引起二極管電性能退化,壽命縮短,甚至損壞。二極管的最大額定值包括:最大整流電流,這是指二極管長(zhǎng)期安全工作時(shí)允許通過二極管的正向平均電流的最大值。因?yàn)殡娏髁鬟^二極管的PN結(jié)要耗散一定的功率,使PN結(jié)的溫度升高。當(dāng)電流太大時(shí),會(huì)燒壞PN結(jié)。最高反向工作電壓,它指允許加在二極管上的反向電壓的最大值,反映了二極管對(duì)反向電壓的承受能力。使用時(shí)如果超過這一電壓,二極管就有被擊穿的危險(xiǎn)。最高反向工作電壓下的反向電流。從理論上講,二極管反向偏置時(shí)不導(dǎo)通,但實(shí)際的二極管加上反向電壓時(shí)總會(huì)有很小的反向電流。使用中,如果反向電流超過最高反向電壓的反向電流,二極管就會(huì)因過熱而燒毀。二極管的反向電流應(yīng)越小越好。



(2)降額使用  二極管的降額主要是針對(duì)電應(yīng)力和熱應(yīng)力降額,整流和穩(wěn)壓二極管功率降額到40%,正向電流也降額到40%。器件的溫度應(yīng)力主要由其功耗和環(huán)境溫度所產(chǎn)生。溫度應(yīng)力影響的表現(xiàn)時(shí)管子的結(jié)溫的變化。塑料封裝硅二極管最高結(jié)溫為125℃,使用中應(yīng)避免結(jié)溫超過此值。



在對(duì)二極管的功率、電壓或電流降額使用的同時(shí),不要忘記了對(duì)電路中可能出現(xiàn)的各種浪涌電壓或電流進(jìn)行抑制和吸收。事實(shí)表明,由許多器件的毀壞型失效都是在功耗和浪涌電壓(電流)的雙重作用下引起的。因此在整流電路中的二極管應(yīng)用也應(yīng)該考慮輸入輸出的浪涌保護(hù)。



在對(duì)二極管進(jìn)行代用時(shí)須考慮最大電流、最高反向電壓和反向恢復(fù)時(shí)間等三個(gè)參數(shù),一定要同時(shí)滿足使用原管電路的要求。


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