二极管的结构及性能特点.

PN 结主要的特性就是其具有单方向导电性, 即在 PN 加上适当的正向电压 (P 区接电源正极 , N 区接电源负极 , PN 结就会导通 , 产生正向电流。若在 PN 结上加反向电压 , 则 PN 结将截止 (不导通 , 正向电流消失 , 仅有极微弱的反向电流。当反向电压增大至某一数值时 , PN 结将击穿 (变为导体损坏 , 使反向电流急剧增大。

(二普通二极管

1.二极管的基本结构

二极管是由一个 PN 结构成的半导体器件 , 即将一个 PN 结加上两条电

极引线做成管芯 , 并用管壳封装而成。 P 型区的引出线称为正极或阳极 , N 型区的引出线称为负极或阴极 ,如图所示。

普通二极管有硅管和锗管两种 , 它们的正向导通电压 (PN 结电压差别较大 , 锗管为 0.2~0.3V,硅管为 0.6~0.7V。

2.点接触型二极管

如图所示 , 点接触型二极管是由一根根细的金属丝热压在半导体薄片上制成的。在热压处理过程中 ,半导体薄片与金属丝接触面上形成了一个PN 结 ,金属丝为正极 ,半导体薄片为负极。

点接触型二极管的金属丝和半导体的金属面很小, 虽难以通过较大的电流 , 但因其结电容较小, 可以在较高的频率下工作。点接触型二极管可用于检波、变频、开关等电路及小电流的整流电路中。

3.面接触型二极管

如图所示 , 面接触型二极管是利用扩散、多用合金及外延等掺杂质方法 , 实现 P 型半导体和 N 型半导体直接接触而形成 PN 结的。

面接触型二极管 PN 结的接触面积大 , 可以通过较大的电流 , 适用于大电流整流电路或在脉冲数字电路中作开关管。因其结电容相对较大 , 故只能在较低的频率下工作。

二极管的分类及其主要参数

一 . 半导体二极管的分类

半导体二极管按其用途可分为 :普通二极管和特殊二极管。普通二极管包括整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、快速二极管等 ; 特殊二极管包括变容二极管、发光二极管、隧道二极管、触发二极管等。

二 . 半导体二极管的主要参数

1.反向饱和漏电流 I R

指在二极管两端加入反向电压时 , 流过二极管的电流 , 该电流与半导体材料

和温度有关。在常温下 ,硅管的 I R 为纳安 (10-9A 级 ,锗管的 I

R

为微安 (10-6A

级。

2.额定整流电流 I F

指二极管长期运行时 , 根据允许温升折算出来的平均电流值。目前大功率整流二极管的 I

F

值可达 1000A 。

3. 最大平均整流电流 I O

在半波整流电路中 , 流过负载电阻的平均整流电流的最大值。这是设计时非常重要的值。

4. 最大浪涌电流 I FSM

允许流过的过量的正向电流。它不是正常电流 , 而是瞬间电流 , 这个值相当大。

5.最大反向峰值电压 V RM

即使没有反向电流 , 只要不断地提高反向电压 , 迟早会使二极管损坏。这种能加上的反向电压 ,不是瞬时电压 , 而是反复加上的正反向电压。因给整流器

加的是交流电压 , 它的最大值是规定的重要因子。最大反向峰值电压 V

RM

指为避

免击穿所能加的最大反向电压。目前最高的 V

RM

值可达几千伏。

6. 最大直流反向电压 V R

上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压 , V

R

是连续加直流电压时的值。用于直流电路 , 最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的 . 7.最高工作频率 f M

由于 PN 结的结电容存在 , 当工作频率超过某一值时 , 它的单向导电性将变

差。点接触式二极管的 f M 值较高 , 在 100MHz 以上 ; 整流二极管的 f

M

较低 ,一般

不高于几千赫。

8.反向恢复时间 T rr

当工作电压从正向电压变成反向电压时 , 二极管工作的理想情况是电流能瞬时截止。实际上 ,一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量 , 就是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度 , 但不一定说这个值小就好。也即当二极管由导通突然反向时 , 反向电流由很大衰减到接近 I

R

时所需要的时间。大功率开关管工作在高频开关状态时 , 此项指标至为重要。

9. 最大功率 P

二极管中有电流流过 , 就会吸热, 而使自身温度升高。最大功率 P 为

功率的最大值。具体讲就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流。这个极限参数对稳压二极管 , 可变电阻二极管显得特别重要。

三 . 几种常用二极管的特点

1.整流二极管

整流二极管结构主要是平面接触型 , 其特点是允许通过的电流比较大 , 反向击穿电压比较高 , 但 PN 结电容比较大 , 一般广泛应用于处理频率不高的电路中。例如整流电路、嵌位电路、保护电路等。整流二极管在使用中主要考虑的问题是最大整流电流和最高反向工作电压应大于实际工作中的值。

2.快速二极管

快速二极管的工作原理与普通二极管是相同的, 但由于普通二极管工作在开关状态下的反向恢复时间较长 , 约 4~5µs ,不能适应高频开关电路的要求。快速二极管主要应用于高频整流电路、高频开关电源、高频阻容吸收电路、逆变电路等, 其反向恢复时间可达 10ns 。快速二极管主要包括快恢复二极管和肖特基二极管。

快恢复二极管 (简称 FRD 是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管 , 主要应用于开关电源、 PWM 脉宽调制器、变频器等电子电路中 , 作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。快恢复二极管在制造上采用掺金、单纯的扩散等工艺 , 可获得较高的开关速度 , 同时也能得到较高的耐压。快恢复二极管的内部结构与普通 PN 结二极管不同 , 它属于 PIN 结型二极管 , 即在 P 型硅材料与 N 型硅材料中间增加了基区 I , 构成 PIN 硅片。因基区很薄 , 反向恢复电荷很小, 所以快恢复二极管的反向恢复时间较短 , 正向压降较低 , 反向击穿电压 (耐压值较高。目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中作整流元件 , 高频电路中的限幅、嵌位等。

肖特基 (Schottky 二极管也称肖特基势垒二极管 (简称 SBD ,是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管 , 其主要特点是正向导通