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二極管的參數有哪些?

發(fā)布時(shí)間:2019-10-19 責任編輯:lina

【導讀】二極管的參數有哪些?其常規參數包括正向壓降、反向擊穿電壓、連續電流等;交流參數包括開(kāi)關(guān)速度、反向恢復時(shí)間、截止頻率等;極限參數包括最大耗散功率、工作溫度、存貯條件等。
 
二極管的參數有哪些?
 
二極管的參數有哪些?其常規參數包括正向壓降、反向擊穿電壓、連續電流等;交流參數包括開(kāi)關(guān)速度、反向恢復時(shí)間、截止頻率等;極限參數包括最大耗散功率、工作溫度、存貯條件等。
二極管的參數有哪些?

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(kāi)關(guān)速度、反向恢復時(shí)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。

常規參數
正向導通壓降
壓降:二極管的電流流過(guò)負載以后相對于同一參考點(diǎn)的電勢(電位)變化稱(chēng)為電壓降,簡(jiǎn)稱(chēng)壓降。
導通壓降:二極管開(kāi)始導通時(shí)對應的電壓。
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結內電場(chǎng)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(chǎng)時(shí),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(guò)一定范圍時(shí),通過(guò)二極管的電流是少數載流子漂移運動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小,二極管處于截止狀態(tài)。反向電壓增大到一定程度后,二極管反向擊穿。

正向導通壓降與導通電流的關(guān)系
在二極管兩端加正向偏置電壓時(shí),其內部電場(chǎng)區域變窄,可以有較大的正向擴散電流通過(guò)PN結。只有當正向電壓達到某一數值(這一數值稱(chēng)為“門(mén)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(guān)系?通過(guò)下圖1的測試電路在常溫下對型號為SM360A的二極管進(jìn)行導通電流與導通壓降的關(guān)系測試,可得到如圖2所示的曲線(xiàn)關(guān)系:正向導通壓降與導通電流成正比,其浮動(dòng)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(lái)說(shuō)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。
 
 二極管的參數有哪些? 
圖1:二極管導通壓降測試電路。
 
二極管的參數有哪些?
圖2:導通壓降與導通電流關(guān)系。
 
正向導通壓降與環(huán)境的溫度的關(guān)系
在我們開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的過(guò)程中,高低溫環(huán)境對電子元器件的影響才是產(chǎn)品穩定工作的最大障礙。環(huán)境溫度對絕大部分電子元器件的影響無(wú)疑是巨大的,二極管當然也不例外,在高低溫環(huán)境下通過(guò)對SM360A的實(shí)測數據表1與圖3的關(guān)系曲線(xiàn)可知道:二極管的導通壓降與環(huán)境溫度成反比。在環(huán)境溫度為-45℃時(shí)雖導通壓降最大,卻不影響二極管的穩定性,但在環(huán)境溫度為75℃時(shí),外殼溫度卻已超過(guò)了數據手冊給出的125℃,則該二極管在75℃時(shí)就必須降額使用。這也是為什么開(kāi)關(guān)電源在某一個(gè)高溫點(diǎn)需要降額使用的因素之一。
 
二極管的參數有哪些?
表 1:導通壓降與導通電流測試數據。
 
二極管的參數有哪些?
圖3 :導通壓降與環(huán)境溫度關(guān)系曲線(xiàn)。
 
最大整流電流IF
是指二極管長(cháng)期連續工作時(shí),允許通過(guò)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(guān)。因為電流通過(guò)管子時(shí)會(huì )使管芯發(fā)熱,溫度上升,溫度超過(guò)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(guò)熱而損壞。所以在規定散熱條件下,二極管使用中不要超過(guò)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(guò)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(zhù)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(lèi)推,在75℃時(shí),它的反向電流已達8mA,不僅失去了單方向導電特性,還會(huì )使管子過(guò)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(guò)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(guò)一定范圍時(shí),通過(guò)二極管的電流是少數載流子漂移運動(dòng)所形成反向電流。由于反向電流很小,二極管處于截止狀態(tài)。這個(gè)反向電流又稱(chēng)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(shí),半導體受熱激發(fā),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(guān)系
在二極管兩端加反向電壓時(shí),其內部電場(chǎng)區域變寬,有較少的漂移電流通過(guò)PN結,形成我們所說(shuō)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(guò)大不僅使其自身溫升高,對于功率電路來(lái)說(shuō)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。
 
二極管的參數有哪些?
圖4:反向電壓與漏電流關(guān)系曲線(xiàn)。
 
二極管漏電流與環(huán)境溫度的關(guān)系
其實(shí)對二極管漏電流影響最大的還是環(huán)境溫度,下圖5是在額定反壓下測試的關(guān)系曲線(xiàn),從中可以看出:溫度越高,漏電流越大。在75℃后成直線(xiàn)上升,該點(diǎn)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(guò)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。
 
二極管的參數有哪些?
圖5:漏電流與環(huán)境溫度關(guān)系曲線(xiàn)。
 
電壓溫度系數αuz
αuz指溫度每升高一攝氏度時(shí)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
 
最大額定值——極限參數
最大反向峰值電壓VRM
 
即使沒(méi)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(shí)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(guò)的過(guò)量的正向電流。它不是正常電流,而是瞬間電流,這個(gè)值相當大?!?/div>
 
最大平均整流電流IO
在半波整流電路中,流過(guò)負載電阻的平均整流電流的最大值。這是設計時(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。最大峰值正向電流IFM 正向流過(guò)的最大電流值,這也是設計整流電路時(shí)的重要參數?! ?/div>
 
最大功率P
二極管中有電流流過(guò),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(guò)的電流。這個(gè)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(shuō)來(lái),二極管中沒(méi)有反向電流流過(guò),實(shí)際上,加一定的反向電壓,總會(huì )有電流流過(guò),這就是反向電流。不用說(shuō),好的二極管,反向電流較小?! ?/div>
 
反向恢復時(shí)間tre
指在規定的負載、正向電流及最大反向瞬態(tài)電壓下的反向恢復時(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,就是反向恢復時(shí)間。雖然它直接影響二極管的開(kāi)關(guān)速度,但不一定說(shuō)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(guò)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(shí)應注意通過(guò)二極管的平均電流不能大于此值,并要滿(mǎn)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(shí)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(shí)IR應小于5uA。
 
VR— 擊穿電壓。
指二極管反向伏安特性曲線(xiàn)急劇彎曲點(diǎn)的電壓值。反向為軟特性時(shí),則指給定反向漏電流條件下的電壓值。
 
交流參數
CO— 零偏壓電容。
指二極管兩端電壓為零時(shí),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(gè)范圍,若測試條件改變,則相應的參數也會(huì )發(fā)生變化,例如在25°C時(shí)測得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型半導體通過(guò)電流,而在相反方向不易通過(guò)的的特性。這兩種特性合起來(lái)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(guò)這種說(shuō)法,嚴格來(lái)說(shuō)是不成立的。這種情況在高頻時(shí)就明顯表現出來(lái)。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(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)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(guò)此值。則單向導電性將受影響。
 
二極管反向恢復時(shí)間
如圖6所示,二極管的反向恢復時(shí)間為電流通過(guò)零點(diǎn)由正向轉換成反向,再由反向轉換到規定低值的時(shí)間間隔,實(shí)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(shí)間決定了二極管能在多高頻率的連續脈沖下做開(kāi)關(guān)使用,如果反向脈沖的持續時(shí)間比反向恢復時(shí)間短,則二極管在正向、反向均可導通就起不到開(kāi)關(guān)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(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時(shí)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(shí)應盡量選擇PN結電容小、反向恢復時(shí)間短的,但大多數廠(chǎng)家都不提供該參數數據。
 
二極管的參數有哪些?
圖6:二極管恢復時(shí)間示意圖。
 
 
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