二極管鮮為人知的特性關(guān)系
信息來源于：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于：2021-10-16
我們都知道在選擇時(shí)，主要看它的正向?qū)▔航?、反向耐壓、反向漏等。但我們卻很少知道其在不同電流、不同反向電壓、不同環(huán)境溫度下的關(guān)系是怎樣的，在電路設(shè)計(jì)中知道這些關(guān)系對(duì)選擇合適的二極管顯得極為重要，尤其是在功率電路中。
1、?正向?qū)▔航蹬c導(dǎo)通電流的關(guān)系?
在二極管兩端加正向偏置電壓時(shí)，其內(nèi)部電場(chǎng)區(qū)域變窄，可以有較大的正向擴(kuò)散電流通過。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（這一數(shù)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(dǎo)通。但二極管的導(dǎo)通壓降是恒定不變的嗎？它與正向擴(kuò)散電流又存在什么樣的關(guān)系？通過下圖1的測(cè)試電路在常溫下對(duì)型號(hào)為SM360A的二極管進(jìn)行導(dǎo)通電流與導(dǎo)通壓降的關(guān)系測(cè)試，可得到如圖2所示的曲線關(guān)系：正向?qū)▔航蹬c導(dǎo)通電流成正比，其浮動(dòng)壓差為0.2V。從輕載導(dǎo)通電流到額定導(dǎo)通電流的壓差雖僅為0.2V，但對(duì)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(jià)格條件允許下，盡量選擇導(dǎo)通壓降小、額定工作電流較實(shí)際電流高一倍的二極管。
2、?正向?qū)▔航蹬c環(huán)境的溫度的關(guān)系?
在我們開發(fā)產(chǎn)品的過程中，高低溫環(huán)境對(duì)電子元器件的影響才是產(chǎn)品穩(wěn)定工作的最大障礙。環(huán)境溫度對(duì)絕大部分電子元器件的影響無疑是巨大的，二極管當(dāng)然也不例外，在高低溫環(huán)境下通過對(duì)SM360A的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表1與圖3的關(guān)系曲線可知道：二極管的導(dǎo)通壓降與環(huán)境溫度成反比。在環(huán)境溫度為-45℃時(shí)雖導(dǎo)通壓降最大，卻不影響二極管的穩(wěn)定性，但在環(huán)境溫度為75℃時(shí)，外殼溫度卻已超過了數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的125℃，則該二極管在75℃時(shí)就必須降額使用。這也是為什么在某一個(gè)高溫點(diǎn)需要降額使用的因素之一。
表1?導(dǎo)通壓降與導(dǎo)通電流測(cè)試數(shù)據(jù)
3、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(nèi)部電場(chǎng)區(qū)域變寬，有較少的漂移電流通過PN結(jié)，形成我們所說的漏電流。漏電流也是評(píng)估二極管性能的重要參數(shù)，二極管漏電流過大不僅使其自身溫升高，對(duì)于功率電路來說也會(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。
4、二極管漏電流與環(huán)境溫度的關(guān)系?
其實(shí)對(duì)二極管漏電流影響最大的還是環(huán)境溫度。在額定反壓下測(cè)試的關(guān)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(diǎn)的漏電流是導(dǎo)致二極管外殼在額定電流下達(dá)到125℃的兩大因素之一，只有通過降額反向電壓和正向?qū)娏鞑拍芙档投O管的工作溫度。
5、二極管反向恢復(fù)時(shí)間?
如圖6所示，二極管的反向恢復(fù)時(shí)間為電流通過零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)換成反向，再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時(shí)間間隔，實(shí)際上是釋放二極管在正向?qū)ㄆ陂g向PN結(jié)的擴(kuò)散中儲(chǔ)存的電荷。反向恢復(fù)時(shí)間決定了二極管能在多高頻率的連續(xù)脈沖下做使用，如果反向脈沖的持續(xù)時(shí)間比反向恢復(fù)時(shí)間短，則二極管在正向、反向均可導(dǎo)通就起不到開關(guān)的作用。PN結(jié)中儲(chǔ)存的電荷量與反向電壓共同決定了反向恢復(fù)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(fù)時(shí)間正確選擇二極管和合理設(shè)計(jì)電路是必要的，選擇二極管時(shí)應(yīng)盡量選擇PN結(jié)電容小、反向恢復(fù)時(shí)間短的，但大多數(shù)廠家都不提供該參數(shù)數(shù)據(jù)。
6、二極管反向電壓裕量的意義?
我們都知道二極管有個(gè)反向擊穿的極限電壓，絕大多數(shù)的二極管廠商都沒把它寫入數(shù)據(jù)手冊(cè)，但在大多數(shù)情況下為了節(jié)省成本不可能將二極管反向耐壓降額到50%左右使用，那么反向電壓裕量是否足夠，這對(duì)評(píng)估該二極管反向耐壓應(yīng)降多少額使用較為安全是有一定意義的。從下表中可看出，反向電壓的裕量并不像網(wǎng)上所說的那樣是額定反壓的2~3倍。?
膝點(diǎn)反向電壓為漏電流突變時(shí)的反向電壓點(diǎn)。（二極管在常溫某電壓點(diǎn)下，其漏電流突然一下增大了幾十上百倍，例如：SM360A二極管在78V時(shí)漏電流為20μA，但在79V時(shí)漏電流為2?mA，79V即為膝點(diǎn)反向電壓）膝點(diǎn)反向電壓雖然未使二極管完全擊穿，但卻嚴(yán)重影響了二極管的正常使用。而在高溫下漏電流更易突變，此時(shí)的膝點(diǎn)反向電壓就更低。所以一個(gè)二極管的反向電壓應(yīng)降額值為多少才較為正確合理，更應(yīng)該從物料的使用環(huán)境溫度和實(shí)際使用的導(dǎo)通電流來測(cè)試膝點(diǎn)反向電壓值，然后再來確定裕量降額值。
好的電路設(shè)計(jì)在對(duì)二極管參數(shù)的選擇時(shí)，不僅要考慮常溫的參數(shù)，也要考慮在高低溫環(huán)境下的一些突變參數(shù)。
1.什么是肖特基二極管
肖特基二極管（肖特基勢(shì)壘二極管）：它是屬于一種低功耗、超高速的半導(dǎo)體器件，其反向恢復(fù)時(shí)間極短（可以小到幾納秒）。正向?qū)▔航祪H0.4V左右。
2.肖特基二極管作用特性
肖特基二極管最大特點(diǎn)是正向壓降 VF 比較小。在同樣電流的情況下，它的正向壓降要小許多。另外它的恢復(fù)時(shí)間短。其多用作高頻、低壓、大電流整流二極管（比如開關(guān)電源次極整流二極管），續(xù)流二極管、保護(hù)二極管，也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使用。在通信電源、等中比較常見。
1）正向壓降低：由于肖特基勢(shì)壘高度低于PN結(jié)勢(shì)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）反向恢復(fù)時(shí)間快：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(shí)間只是肖特基勢(shì)壘電容的充、放電時(shí)間，完全不同于PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。由于SBD的反向恢復(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。?
3）工作頻率高：由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)甚微，所以其頻率響僅為RC時(shí)間常數(shù)限制，因而，它是高頻和快速開關(guān)的理想器件。其工作頻率可達(dá)100GHz。
4）反向耐壓低：由于SBD的反向勢(shì)壘較薄，并且在其表面極易發(fā)生擊穿，所以反向擊穿電壓比較低。由于SBD比PN結(jié)二極管更容易受熱擊穿，反向漏電流比PN結(jié)二極管大。
SBD的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)使其適合于在低壓、大電流輸出場(chǎng)合用作高頻整流，在非常高的頻率下（如X波段、C波段、S波段和Ku波段）用于檢波和混頻，在高速邏輯電路中用作箝位。在IC中也常使用SBD，像SBDTTL早已成為TTL電路的主流，在高速中被廣泛采用。
除了普通PN結(jié)二極管的特性參數(shù)之外，用于檢波和混頻的SBD電氣參數(shù)還包括中頻阻抗（指SBD施加額定本振功率時(shí)對(duì)指定中頻所呈現(xiàn)的阻抗，一般在200Ω～600Ω之間）、電壓駐波比（一般≤2）和噪聲系數(shù)等。
1）由于肖特基勢(shì)壘高度低于PN結(jié)勢(shì)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(shí)間只是肖特基勢(shì)壘電容的充、放電時(shí)間，完全不同于PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。由于SBD的反向恢復(fù)電荷非常少，故開關(guān)速度非常快，開關(guān)損耗也特別小，尤其適合于高頻應(yīng)用。但是，由于SBD的反向勢(shì)壘較薄，并且在其表面極易發(fā)生擊穿，所以反向擊穿電壓比較低。由于SBD比PN結(jié)二極管更容易受熱擊穿，反向漏電流比PN結(jié)二極管大。
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