伏安特性:
導通后分電壓值約為 0.7 V(LED 約為 1-2 V,電流 5-20 mA)。
反向不導通,但如果達到反向擊穿電壓,那將導通(超過反向最大電壓可能燒壞)。
正向電壓很小時不導通(0.5 V 以上時才導通)。
二極管的主要參數
最大整流電流IF:表示長期運行允許的最大正向平均電流,超出可能因結溫過高燒壞。
最高反向工作電壓UR:允許施加的最大反向電壓,超出可能擊穿。(UR 通常為擊穿電壓的一半)
反向電流IR:未擊穿時的反向電流,越小導電性越好。
最高工作頻率fM:上線截止頻率。因結電容作用,超出可能不能很好體現的單向導電性。
二極管的分類
類型:
整流管
普通二極管:恢復速度相對慢,不適用于高頻電路
快恢復二極管
肖特基二極管:應用于 <200V 的場景
穩壓管:持續擊穿,應用于低功率場景
TVS:瞬間擊穿,應用于高功率場景
用途:利用單向導通性,把交流電變成脈動直流電。
快恢復二極管(FRD)
快速恢復二極管的結構和功能與整流二極管相同。整流二極管用于 500 Hz 以下的低頻應用,而 FRD 則用于從幾千赫茲到 100 kHz 的高頻開關。因此,FRD 具有反向恢復時間(trr)很短的特性,這對高速開關非常重要。一般整流二極管的 trr 為幾微秒到幾十微秒;而 FRD 的 trr 是幾十毫微秒到幾百毫微秒,約為整流二極管的 1/100。它應用于開關電源、逆變器、DC/DC 轉化器等。
穩壓(齊納)二級管
定義:能穩定一定電壓的二極管。
穩壓二極管利用了 PN 結的反向特性。持續擊穿,并得到恒定的電壓,應用于低功率場景。
穩壓條件:
工作在反向擊穿狀態下
反向電壓大于穩壓電壓
穩壓二級管的參數
穩定電壓UZ:表示在規定電流下的反向擊穿電壓,對于同一型號的穩壓管,穩定電壓是確定值。
反向電流IZ:工作在穩壓態下的參考電流,電流低于此值時穩壓效果變差,也稱 IZmin。
額定功耗PZM:等于穩定電壓 UZ 與最大穩定電流}IZM 的乘積。超出可能因結溫過高損壞。只要不超額定功率,電流越大,穩壓效果越好。
基本穩壓電路:
限流電阻的選擇:
在穩壓電路中,需要串聯一個限流電阻,保護穩壓二極管(用于分掉輸入電壓和穩定電壓之間的電壓差值)。電阻兩端的電壓取輸入電壓和穩定電壓之間的差值,電流取穩壓二極管 IZmin 與 IZmax 之間,加上負載路的總電流。
瞬態電壓抑制器(TVS)
TVS 管是為了防止瞬態高能量沖擊,保護精密元器件。TVS 管有單向與雙向之分,單向 TVS 管的特性與穩壓二極管相似,雙向 TVS 管的特性相當于兩個穩壓二極管反向串聯。
TVS 并聯在電路中,正常情況下電流不走 TVS 的支路,TVS 表現出二極管單向導通的特性:
當發生過壓時,TVS 進入擊穿,將電流分流到地,使后續電路的電壓保持在二極管的鉗位電壓:
用法:
能釋放超過 10000 V、60 A 以上的脈沖,持續 10 ms,可防止元器件損壞或總線間開關引起的干擾。
放置在信號線和地之間,避免數據和控制總線受噪聲干擾。
TVS 管的主要參數:
反向截止電壓 VRWM 與反向漏電流 IR:反向截止電壓 VRWM 表示 TVS 管不導通的最高電壓,在這個電壓下只有很小的反向漏電流 IR。
擊穿電壓 VBR:TVS 管通過規定的測試電流時的電壓,這是表示 TVS 管導通的標志電壓。
脈沖峰值電流 IPP:TVS 管允許通過的 10/1000μs 波的最大峰值電流(8/20 μs 波的峰值電流約為其 5 倍左右),超過這個電流值就可能造成永久性損壞。在同一個系列中,擊穿電壓越高的管子允許通過的峰值電流越小,一般是幾安 - 幾十安。
最大鉗位電壓 VC:TVS 管流過脈沖峰值電流 IPP 時兩端所呈現的電壓。
脈沖峰值功率 Pm:Pm=IPP?VC。在給定的最大鉗位電壓下,功耗 PM 越大,其浪涌電流承受能力越大,在給定的功耗 PM 下,鉗位電壓越 低,其浪涌電流的承受能力越大。
穩態功率 P0:TVS 管也可以作穩壓二極管用,這時要使用穩態功率。
極間電容 Cj:與壓敏電阻一樣,TVS 管的極間電容 Cj 也較大,且單向的比雙向的大,功率越大的電容也越大,極間電容會影響 TVS 的響應時間。
TVS 管與穩壓(齊納)二極管的差異:
?
TVS 管在短時間內吸收很高的過電壓,保護后續電路;而穩壓(齊納)二極管將輸入電壓鉗制為恒定電壓,并將鉗制的恒定電壓提供給后續電路。
為了開關設計而定制的二極管,截至 / 導通切換時間比較短,防止反向電流燒壞精密元器件
示例:
圖中的 1N4148 起保護作用,當右側灌入負電壓時,能導通接地,保護三端穩壓器
肖特基二極管(SBD)
肖特基二極管是一種采用半導體和金屬結合,而不是采用 PN 結的器件(trr 會隨著溫度的升高而變長)。由于其正向電壓小,反向恢復時間短,所以適合于高速開關應用。
肖特基二極管的伏安特性曲線:
正偏與反偏
正向偏置:指 P 接高電位、N 接低電位,電流流動將順著 PN 結方向,將顯示出其單向導電的性能。
反向偏置:相反,形成由 N 區流向 P 區的反向電流,通常可以認為反向偏置的 PN 結不導電,基本上處于截止狀態。
常用封裝