各種二極管性能和應(yīng)用課件

1、HZ2/33Diode半導(dǎo)體器件 常用的有 二極管，三極管，場效應(yīng)管。半導(dǎo)體三大特性 熱敏特性； 光敏特性（即在加熱情況下阻值明顯下降，導(dǎo)電能力明顯加強）； 摻雜特性。PN 結(jié)半導(dǎo)體基本概念 在一塊純凈的半導(dǎo)體晶片上，采用特殊的摻雜工藝，在兩側(cè)分別摻入三價元素和五價元素。一側(cè)形成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)形成N型半導(dǎo)體，如圖6.2所示。 在結(jié)合面的兩側(cè)分別留下了不能移動的正負離子，呈現(xiàn)出一個空間電荷區(qū)。這個空間電荷區(qū)就稱為PN結(jié)。 PN結(jié)單向?qū)щ娦哉≒N）導(dǎo)通，反偏（PN）載止。PN結(jié)UI死區(qū)電壓 硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降: 硅管0.60.7V,鍺管0.20.3V。反向擊穿電壓UBR伏

2、安特性HZ2/33Diode二極管二極管的結(jié)構(gòu)如右圖所示。1： 二極管的分類。LG二極管按功能分類：1.整流二極管（Rectifier Diode）2.開關(guān)二極管（Switching Diode）也叫快速恢復(fù)二極管3.肖特基二極管（Schottky Diode）3.穩(wěn)壓管（Zener Diode）4.瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS Diode）5.發(fā)光二極管（Light-emitting Diode）6.其他類型：紅外二極管（LED的一種，遙控器）， 變?nèi)荻O管（Varactor Diode，高頻調(diào)諧，早期收音模塊）， 光電二極管（Photo Diode，光信號轉(zhuǎn)電信號，接收頭一部分/SMPS P

3、C901/激光頭ABCD）， 激光二極管（Laser Diode, 激光頭發(fā)射激光). 2：伏安特性和主要參數(shù)1.伏安特性一般硅管導(dǎo)通壓降約為0.7伏,鍺管導(dǎo)通壓降約為0.3伏。除穩(wěn)壓二極管外，反向擊穿都將使二極管損壞。2.主要參數(shù)（1）最大整流電流IF超過IF二極管的PN結(jié)將過熱而燒斷。（2）最高反向工作電壓URM 二極管一旦過壓擊穿損壞，失去了單向?qū)щ娦?。?）最大反向電流IRM這個電流愈小二極管的單向?qū)щ娦杂谩厣龝r，IRM增大。uv/V015105（A）iv/mAABBA-5IR0.2 0.4 0.6 0.8CDDC-30-U（BR）硅鍺圖1.7 二極管伏安特性曲線HZ2/33Dio

4、de3.二極管級間電容二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘電容CB和擴散電容CD。勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容。當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即PN結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。擴散電容：為了形成正向電流（擴散電流），注入P 區(qū)的少子（電子）在P 區(qū)有濃度差，越靠近PN結(jié)濃度越大，即在P 區(qū)有電子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴散電容.電容效應(yīng)在交流信號作用下才會明顯表現(xiàn)出來。CB在正向和反向偏置時均不能

5、忽略。而反向偏置時，由于載流子數(shù)目很少，擴散電容可忽略。PN結(jié)高頻小信號時的等效電路：勢壘電容和擴散電容的綜合效應(yīng)rdHZ2/33Diode名稱Rectifier Diode (整流二極管）Schottky Diode (肖特基二極管)Switching Diode （開關(guān)二極管）Zener Diode （穩(wěn)壓二極管）TVS Diode （瞬態(tài)抑制電壓二極管）原理 一種將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿陌雽?dǎo)體器件，利用二極管正向?qū)?，反向截至的基本原理?SBD是肖特基勢壘二極管（Schottky Barrier Diode,縮寫成SBD）的簡稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理

6、制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此，SBD也稱為金屬半導(dǎo)體（接觸）二極管或表面勢壘二極管，它是一種熱載流子二極管。 半導(dǎo)體二極管導(dǎo)通時相當(dāng)于開關(guān)閉合（電路接通），截止時相當(dāng)于開關(guān)打開（電路切斷），所以二極管可作開關(guān)用。 穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)反向擊穿特性所表現(xiàn)出的穩(wěn)壓性能制成的器件。穩(wěn)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(wěn)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(nèi)反向電壓不隨反向電流變化這一特點進行穩(wěn)壓的。 瞬態(tài)（瞬變）電壓抑制二級管簡稱tvs器件，在規(guī)定的反向應(yīng)用條件下，當(dāng)承受一個高能量的瞬時過壓脈沖時，其工作阻抗能立即降至很低

7、的導(dǎo)通值，允許大電流通過，并將電壓箝制到預(yù)定水平，從而有效地保護電子線路中的精密元器件免受損壞。tvs能承受的瞬時脈沖功率可達上千瓦，其箝位響應(yīng)時間僅為1ps應(yīng)用 主要用于各種低頻半波整流電路，如需達到全波整流需連成整流橋使用。 替換：高耐壓-低耐壓 高整流電流- 低整流電流 SBD的主要優(yōu)點包括兩個方面： 1）由于肖特基勢壘高度低于PN結(jié)勢壘高度，故其正向?qū)ㄩT限電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管低（約低0.2V）。 2）由于SBD是一種多數(shù)載流子導(dǎo)電器件，不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問題。SBD的反向恢復(fù)時間只是肖特基勢壘電容的充、放電時間，完全不同于PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)時間。由于SBD的

8、反向恢復(fù)電荷非常少，故開關(guān)速度非?？?，開關(guān)損耗也特別小，尤其適合于高頻應(yīng)用。 開關(guān)二極管是專門用來做開關(guān)用的二極管，它由導(dǎo)通變?yōu)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)閷?dǎo)通所需的時間比一般二極管短，脈沖和開關(guān)電路中。 穩(wěn)壓管的最主要的用途是穩(wěn)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(wěn)壓值最為接近的穩(wěn)壓管直接同負載并聯(lián)。在穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源系統(tǒng)中一般作基準(zhǔn)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(shù)較高，穩(wěn)定性較差。 雙向tvs可在正反兩個方向吸收瞬時大脈沖功率，并把電壓箝制到預(yù)定水平，雙向tvs適用于交流電路，單向tvs一般用于直流電路。主要是用來防靜電保護。LGEHZ用的比較少。

9、 各種二極管進行的對比名稱Rectifier Diode (整流二極管） Schottky Diode (肖特基二極管) Switching Diode （開關(guān)二極管） Zener Diode （穩(wěn)壓二極管）TVS Diode （瞬態(tài)抑制電壓二極管）注意事項 選用整流二極管時，主要應(yīng)考慮其最大整流電流IO、最大反向峰值電壓VRRM、最大正向浪涌電流IFSM、反向漏電流IRRM及反向恢復(fù)時間Trr等參數(shù)。 關(guān)鍵參數(shù)意義： 額定整流電流IO:在規(guī)定的使用條件下，在電阻性負載的正弦半波整流電路中，允許連續(xù)通過半導(dǎo)體二極管的最大工作電流。正向電壓降VF:半導(dǎo)體整流二極管通過額定工向整流電流時，在極間產(chǎn)

10、生的電壓降。最大反向工作電壓VRRM:指在使用時所允許加的最大反向電壓。由于整流二極管一旦反向擊穿，就會產(chǎn)生很大的反向電流，因此在使用中不允許超過此值。 最大反向漏電流IRRM:半導(dǎo)體整流二極管在正弦波最高反同工作電壓下的漏電流。結(jié)溫TJM:半導(dǎo)體整流二極管在規(guī)定的使用條件下，所允許的最高溫度。 SBD的結(jié)構(gòu)及特點使其適合于在低壓、大電流輸出場合用作高頻整流，在非常高的頻率下用于檢波和混頻，在高速邏輯電路中用作箝位。不足之處是反向耐壓較低，不適于高反壓電路。 選擇開關(guān)二極管的時候主要考慮一下參數(shù)，反向恢復(fù)時間Trr，開啟電壓VFM 替換： 對于沒有恃殊要求的電路可選用普通開關(guān)二極管。對于高頻頭

11、中用的開關(guān)二極管，要選用反向工作電壓大于高頻頭的開關(guān)電壓的二極管。對于過電壓保護、觸發(fā)器、逆變器、脈沖發(fā)生器等可選用硅開關(guān)二極管在更換開關(guān)二極管時，可選用相同參數(shù)或比原參數(shù)大的開關(guān)二極管。尤其是反向恢復(fù)時間、最高反向工作電壓、反向擊穿電壓等參數(shù)必須滿是電路要求。 替換：相同穩(wěn)壓值的高功耗-低功耗 關(guān)鍵參數(shù)意義： 穩(wěn)定電壓VZ:穩(wěn)壓二極管在起穩(wěn)壓作用的范圍內(nèi)，其兩端的反向電壓值稱為穩(wěn)定電壓。反向測試電流IZ:測試反向參數(shù)時，給定的反向電流。最大工作電流IZM:是指穩(wěn)壓二極管在長期工作時，允許通過的最大反向電流值。在使用穩(wěn)壓二極管時，不允許超過最大工作電流。動態(tài)電阻Rz:在測試電流下，穩(wěn)壓二極管兩

12、端電壓的變化量與通過穩(wěn)壓二極管的電流變化量之比。動態(tài)電阻反映了穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性，動態(tài)電阻越小，其穩(wěn)壓性能越好。電壓穩(wěn)定系數(shù)CTV:在測試電流下，穩(wěn)定電壓的相對變化與環(huán)境溫度的絕對變化的比值。一般穩(wěn)定電壓低于6V的穩(wěn)壓二極管，其電壓穩(wěn)定系數(shù)是負的，高于6V的則為正。最大耗散功率PCM:在給定的使用條件下，穩(wěn)壓二極管允許承受的最大功率。穩(wěn)壓二極管在反向擊穿區(qū)工作時，只要不超過最大耗散功率和最大工作電流，它是不會被燒壞的。最高結(jié)溫TJM:穩(wěn)壓二極管在工作狀態(tài)下，PN結(jié)的最高溫度。 擊穿電壓VRWM，最大反向工作電壓（變位電壓）VBR，箝位電壓Vc，反向脈沖峰值電流IPP，反向脈沖功率Ppk 選用

13、原則： 瞬態(tài)電壓抑制二極管的關(guān)斷電壓(工作電壓)vww應(yīng)大于被保護電路的最大工作電壓。瞬態(tài)電壓抑制二極管的最大鉗位電壓(最大抑制電壓)應(yīng)小于被保護電路的損壞極限電壓。瞬態(tài)電壓抑制二極管的最大峰值脈沖功耗Pm必須大于被保護電路內(nèi)可能出現(xiàn)的峰值脈沖功率。在確定了最大鉗位電壓(最大抑制電壓)Vc后，瞬態(tài)電壓抑制二極管的最大脈沖峰值電流Ippm應(yīng)大于瞬態(tài)浪涌電流。對于數(shù)字接口電路保護用的瞬態(tài)電壓抑制二極管，應(yīng)注意其電容量是否滿足使用的要求。要根據(jù)用途和需要選用瞬態(tài)電壓抑制二極管的極型及封裝形式。交流電路宜選用雙極型瞬態(tài)電壓抑制二極管。HZ2/33Diode二極管的應(yīng)用1.整流電路整流電路是利用二極管的

14、單向?qū)щ娮饔?，將交流電變成直流電的電?1.發(fā)光二極管發(fā)光二極管正偏導(dǎo)通時發(fā)光。2.光電二極管光電二極管光照增強時，外加反偏壓作用下，反向電流增加。3.光電耦合器如果把發(fā)光二極管和光電二極管組合構(gòu)成二極管型光電耦合器件。4.穩(wěn)壓二極管具有穩(wěn)定電壓的作用，工作在反向擊穿區(qū)。穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：（1）穩(wěn)定電壓UZ（2）穩(wěn)定電流IZ（3）動態(tài)電阻rZHZ2/33Diode二極管的應(yīng)用2.鉗位電路鉗位電路是使輸出電位鉗制在某一數(shù)值上保持不變的電路。設(shè)二極管為理想元件，當(dāng)輸入UAUB3V時，二極管V1，V2正偏導(dǎo)通，輸出被鉗制在UA和UB上，即UF3V；當(dāng)UA0V，UB3V，則V1導(dǎo)通，輸出被鉗制在UFU

15、A0V，V2反偏截止3.檢波電路檢波電路是把信號從已調(diào)波中檢出來的電路。HZ2/33Diode二極管的應(yīng)用4.鉗位電路鉗位電路是使輸出電位鉗制在某一數(shù)值上保持不變的電路。設(shè)二極管為理想元件，當(dāng)輸入UAUB3V時，二極管V1，V2正偏導(dǎo)通，輸出被鉗制在UA和UB上，即UF3V；當(dāng)UA0V，UB3V，則V1導(dǎo)通，輸出被鉗制在UFUA0V，V2反偏截止5.限幅度電路限幅電路是限制輸出信號幅度的電路。整流功能類1.整流二極管原理：利用二極管正向?qū)ǎ聪蚪刂恋脑?，將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿陌雽?dǎo)體器件。特性： 1）耐壓高，功率大（通常這類整流二極管都用高純單晶硅制造，摻雜較多時容易反向擊穿）。 2）整

16、流電流較大。因為PN結(jié)面積較大，所以能通過較大的電流。 3）工作頻率較低。因為結(jié)電容較大，充放電的時間比較長。應(yīng)用：整流二極管具有良好的溫度特性和耐壓特性，主要用于各種低頻半波整流電路，或連成整流橋做全波整流。實際電路典型應(yīng)用：HT355 SMPS整流橋（全波整流）Micom VccReset VccRAD125 Micom0.7V Voltage DropHZ2/33DiodeHER302 VRM=100V 6V*6=36VSR306-35 VRM=60V 3.7V*6=22.2VRL104F VRM=400V 15V*6=90VHT355次級電路HER304HER3045.6V6VTune

17、r Vcc(5V)3.7V14V15VIC Vcc(3.3V)Power AMP PVDD(34V)34VPower AMP Vdd(12V)HER304 VRM=300V 34V*6=204V負電壓正電壓*5*6所以：VRMVout*7HZDiode2.快速恢復(fù)二極管（Switching Diode）原理：快速恢復(fù)二極管是一種能快速從通態(tài)轉(zhuǎn)變到關(guān)態(tài)的特殊晶體期間。導(dǎo)通時相當(dāng)于開關(guān)閉合（電路接通），截止時相當(dāng)于開關(guān)打開（電路切斷），所以二極管可作開關(guān)用。 特性： 1）開關(guān)速度快。應(yīng)用：當(dāng)普通硅整流管用于較高頻率時，整流效率低，波形變壞，甚至燒毀?？焖倩謴?fù)二極管能夠在導(dǎo)通和截止之間快速轉(zhuǎn)化，提高

18、了器件的使用頻率和改善了波形。HT355 Main4nsHT355 SMPS4nsHZDiode3.肖特基二極管（Schottky Diode）原理：肖特基二極管是貴金屬（金、銀、鋁、鉑等）A為正極，以N型半導(dǎo)體B為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器件。 特性：1）正向?qū)妷旱停↖f=100mA，約0.4V，鍺管0.2V，硅管0.7V） 2）反向恢復(fù)時間超?。ú蛔鹘y(tǒng)計整流管幾十到幾百ns，開關(guān)管幾ns） 3）正向整流超大 4）反向電壓較?。ㄆ胀⊿BD VRM最高60V左右）應(yīng)用：肖特基二極管的結(jié)構(gòu)及特點使其適合于在低壓、大電流輸出場合用作高頻整流，在非常高的頻

19、率下用于檢波和混頻，在高速邏輯電路中用作箝位。實際電路典型應(yīng)用： RAD125 main作用：0.4V壓降，3.7V3.3VReset IC VccMicon IC VddMCV904 SMPS反向截止，整流HZDiode整流類二極管對比/選用替代基準(zhǔn)類型關(guān)鍵參數(shù)替代原則優(yōu)缺點實際回路選用整流二極管（Rectifier Diode）1.VRM最大反向電壓 2.最大整流電流3.截止頻率4.反向恢復(fù)時間5.最大功率同類型替代：低耐壓高耐壓，低整流電流高整流電流。不同類型替代：耐壓，整流電流以及散熱滿足條件下，可用開關(guān)管替代整流管。PN結(jié)較大，散熱好，但開關(guān)速度相對較慢。1. 壓降功能：0.7V壓降

20、用硅整流管。0.30.4V壓降用肖特基管。2. 高速通訊回路使用肖特基二極管?？焖倩謴?fù)二極管（Switching Diode）1.VRM最大反向電壓 2.最大整流電流3.截止頻率 4.反向恢復(fù)時間5.最大功率開關(guān)速度較快。肖特基二極管（Schottky Diode）1.VRM最大反向電壓 2.最大整流電流3.最大功率開關(guān)速度超快，整流電流超大。反向耐壓相比較低（常見最大60V）。穩(wěn)壓二級管HZDiode+-動態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好。（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗穩(wěn)壓二極管的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓 UZ（2）電壓溫度系數(shù)U（%/） 穩(wěn)壓值受

21、溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動態(tài)電阻穩(wěn)壓類4. 穩(wěn)壓二極管原理：穩(wěn)壓二極管是利用二極管反向擊穿的時候，通過較大的電流時電壓增加很小。特性: 1）.具有普通二極管的單向?qū)щ娞匦?，又可工作于反向擊穿狀態(tài)。 2）.反向電流增大到一定數(shù)值后，穩(wěn)壓二極管會徹底被擊穿破壞。應(yīng)用：穩(wěn)壓管的最主要的用途是穩(wěn)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(wěn)壓值最為接近的穩(wěn)壓管直接同負載并聯(lián)。在穩(wěn)壓、穩(wěn)流電源系統(tǒng)中一般作基準(zhǔn)電源 。其存在的缺點是噪聲系數(shù)較高，穩(wěn)定性較差。 實際電路應(yīng)用：HT355 Main15.2V基準(zhǔn)電源OP AMP（4580） V+HT355 SMPS13V基準(zhǔn)電源 HT355 SMPS穩(wěn)壓HZDiode0IA（Izmin）IZIA（Izmax）ImAUZUVBAUZIZUBUA4. 瞬態(tài)電壓抑制二極管原理：當(dāng)TVS兩端受瞬間高能量沖擊的時候，它能以極高的速度把兩端的阻抗值由高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收一個大電流，從而把它兩端的電壓鉗制在一個預(yù)定的數(shù)值上，保護后面的電路元件不由瞬態(tài)高壓的沖擊而損