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          6. 二極管的參數介紹
            • 發布時間:2021-07-26 19:11:51
            • 來源:
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            二極管的參數介紹
            二極管的參數解釋
            常規參數:正向壓降、反向擊穿電壓、連續電流、反向漏電等;
            交流參數:開關速度、反向恢復時間、截止頻率、阻抗、結電容等;
            極限參數:最大耗散功率、工作溫度、存貯條件、最大整流電流等。
            一、常規參數
            正向導通壓降
            壓降:二極管的電流流過負載以后相對于同一參考點的電勢(電位)變化稱為電壓降,簡稱壓降。
            導通壓降:二極管開始導通時對應的電壓。
            正向特性:在二極管外加正向電壓時,在正向特性的起始部分,正向電壓很小,不足以克服PN結內電場的阻擋作用,正向電流幾乎為零。當正向電壓大到足以克服PN結電場時,二極管正向導通,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,通過二極管的電流是少數載流子漂移運動所形成反向電流。由于反向電流很小,二極管處于截止狀態。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
            正向導通壓降與導通電流的關系
            在二極管兩端加正向偏置電壓時,其內部電場區域變窄,可以有較大的正向擴散電流通過PN結。只有當正向電壓達到某一數值(這一數值稱為“門檻電壓”,鍺管約為0.2V,硅管約為0.6V)以后,二極管才能真正導通。但二極管的導通壓降是恒定不變的嗎?它與正向擴散電流又存在什么樣的關系?通過下圖1的測試電路在常溫下對型號為SM360A的二極管進行導通電流與導通壓降的關系測試,可得到如圖2所示的曲線關系:正向導通壓降與導通電流成正比,其浮動壓差為0.2V。從輕載導通電流到額定導通電流的壓差雖僅為0.2V,但對于功率二極管來說它不僅影響效率也影響二極管的溫升,所以在價格條件允許下,盡量選擇導通壓降小、額定工作電流較實際電流高一倍的二極管。
            二極管的參數
            圖1 二極管導通壓降測試電路
            二極管的參數
            圖2 導通壓降與導通電流關系
            正向導通壓降與環境的溫度的關系
            在我們開發產品的過程中,高低溫環境對電子元器件的影響才是產品穩定工作的最大障礙。環境溫度對絕大部分電子元器件的影響無疑是巨大的,二極管當然也不例外,在高低溫環境下通過對SM360A的實測數據表1與圖3的關系曲線可知道:二極管的導通壓降與環境溫度成反比。在環境溫度為-45℃時雖導通壓降最大,卻不影響二極管的穩定性,但在環境溫度為75℃時,外殼溫度卻已超過了數據手冊給出的125℃,則該二極管在75℃時就必須降額使用。這也是為什么開關電源在某一個高溫點需要降額使用的因素之一。
            表 1 導通壓降與導通電流測試數據
            二極管的參數
            二極管的參數
            圖3 導通壓降與環境溫度關系曲線
            最大整流電流IF
            是指二極管長期連續工作時,允許通過的最大正向平均電流值,其值與PN結面積及外部散熱條件等有關。因為電流通過管子時會使管芯發熱,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,就會使管芯過熱而損壞。所以在規定散熱條件下,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,會將管子擊穿,失去單向導電能力。為了保證使用安全,規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,管子的單方向導電性能越好。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關系,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,它的反向電流已達8mA,不僅失去了單方向導電特性,還會使管子過熱而損壞。又如,2CP10型硅二極管,25℃時反向電流僅為5uA,溫度升高到75℃時,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定性。
            外加反向電壓不超過一定范圍時,通過二極管的電流是少數載流子漂移運動所形成反向電流。由于反向電流很小,二極管處于截止狀態。這個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數量級,小功率鍺管在μA數量級。溫度升高時,半導體受熱激發,少數載流子數目增加,反向飽和電流也隨之增加。
            二極管漏電流與反向電壓的關系
            在二極管兩端加反向電壓時,其內部電場區域變寬,有較少的漂移電流通過PN結,形成我們所說的漏電流。漏電流也是評估二極管性能的重要參數,二極管漏電流過大不僅使其自身溫升高,對于功率電路來說也會影響其效率,不同反向電壓下的漏電流是不同的,關系如圖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。
            二極管的參數
            圖4 反向電壓與漏電流關系曲線
            二極管漏電流與環境溫度的關系
            其實對二極管漏電流影響最大的還是環境溫度,下圖5是在額定反壓下測試的關系曲線,從中可以看出:溫度越高,漏電流越大。在75℃后成直線上升,該點的漏電流是導致二極管外殼在額定電流下達到125℃的兩大因素之一,只有通過降額反向電壓和正向導通電流才能降低二極管的工作溫度。
            二極管的參數
            圖5 漏電流與環境溫度關系曲線
            電壓溫度系數αuz
            αuz指溫度每升高一攝氏度時的穩定電壓的相對變化量。uz為6v左右的穩壓二極管的溫度穩定性較好
            二、最大額定值 ——極限參數
            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,它的最大值是規定的重要因子?! ?/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,最大直流反向電壓對于確定允許值和上限值是很重要的?!?/div>
            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,這個值相當大?!?/div>
            最大平均整流電流IO  
            在半波整流電路中,流過負載電阻的平均整流電流的最大值。這是設計時非常重要的值?!?/div>
            最大交流輸入電壓VI  
            在半波整流電路(電阻負荷)上加的正弦交流電壓的有效值。這也是選擇整流器時非常重要的參數。最大峰值正向電流IFM 正向流過的最大電流值,這也是設計整流電路時的重要參數?! ?/div>
            最大功率P  
            二極管中有電流流過,就會吸熱,而使自身溫度升高。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。這個極限參數對穩壓二極管,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,實際上,加一定的反向電壓,總會有電流流過,這就是反向電流。不用說,好的二極管,反向電流較小?! ?/div>
            反向恢復時間tre 
            指在規定的負載、正向電流及最大反向瞬態電壓下的反向恢復時間。從正向電壓變成反向電壓時,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。
            IF— 最大平均整流電流。 
            指二極管工作時允許通過的最大正向平均電流。該電流由PN結的結面積和散熱條件決定。使用時應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,二極管的單向導電性被破壞,從而引起反向擊穿。通常取反向擊穿電壓(VB)的一半作為(VR)。例如1N4001的VR為50V,1N4007的VR為1OOOV.
            IR— 反向電流。 
            指二極管未擊穿時反向電流值。溫度對IR的影響很大。例如1N4000系列二極管在100°C條件IR應小于500uA;在25°C時IR應小于5uA。 
            VR— 擊穿電壓。 
            指二極管反向伏安特性曲線急劇彎曲點的電壓值。反向為軟特性時,則指給定反向漏電流條件下的電壓值。 
            三、交流參數
            CO— 零偏壓電容。 
            指二極管兩端電壓為零時,擴散電容及結電容的容量之和。值得注意的,由于制造工藝的限制,即使同一型號的二極管其參數的離散性也很大。手冊中給出的參數往往是一個范圍,若測試條件改變,則相應的參數也會發生變化,例如在25°C時測得1N5200系列硅塑封整流二極管的IR小于1OuA,而在 100°C時IR則變為小于500uA。
            我們知道二極管具有容易從P型向N型半導體通過電流,而在相反方向不易通過的的特性。這兩種特性合起來就產生了電容器的作用,即蓄積電荷的作用。蓄積有電荷,當然要放電。放電可以在任何方向進行。而二極管只在一個方向有電流流過這種說法,嚴格來說是不成立的。這種情況在高頻時就明顯表現出來。因此,二極管的極電容以小為好。
            動態電阻Rd
            二極管特性曲線靜態工作點Q附近電壓的變化與相應電流的變化量之比。
            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結一樣,其結電容由勢壘電容組成。所以Fm的值主要取決于PN結結電容的大小。若是超過此值。則單向導電性將受影響。
            二極管反向恢復時間
            如圖6所示,二極管的反向恢復時間為電流通過零點由正向轉換成反向,再由反向轉換到規定低值的時間間隔,實際上是釋放二極管在正向導通期間向PN結的擴散電容中儲存的電荷。反向恢復時間決定了二極管能在多高頻率的連續脈沖下做開關使用,如果反向脈沖的持續時間比反向恢復時間短,則二極管在正向、反向均可導通就起不到開關的作用。PN結中儲存的電荷量與反向電壓共同決定了反向恢復時間,而在高頻脈沖下不但會使其損耗加重,也會引起較大的電磁干擾。所以知道二極管的反向恢復時間正確選擇二極管和合理設計電路是必要的,選擇二極管時應盡量選擇PN結電容小、反向恢復時間短的,但大多數廠家都不提供該參數數據。
            二極管的參數
            圖6 二極管恢復時間示意圖
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