半导体二极管

导体二极管

2.4.1  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。

常用的半导体二极管的外形图如图2.4.1所示。

图2.4.1  半导体二极管外形图

2.4.2  普通半导体二极管的主要参数

1．反向饱和漏电流I_S

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_S为纳安（10^-9A）级，锗管的I_S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．最大反向工作电压U_RM

指为避免击穿所能加的最大反向电压。目前最高的U_RM值可达几千伏。

4．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。

5．反向恢复时间t_rr

指二极管由导通突然反向时，反向电流由很大衰减到接近I_S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。

2.4.3  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。目前常用几种整流二极管的主要参数见表2-12。

表2-12  几种常用整流二极管的主要参数

型  号	反向峰值电压VR(V)	正向平均电流IF(A)	反向饱和漏电流IS(μA)
1N4001	50	1	3
1N4002	100	1	3
1N4003	200	1	3
1N4004	400	1	3
1N4005	600	1	5
1N4006	800	1	3
1N4007	1000	1	3
1N5201	100	2	10
1N5202	200	2	10
1N5203	300	2	10
1N5204	400	2	5
1N5205	500	2	10
1N5206	600	2	10
1N5207	800	2	10
1N5208	1000	2	10

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4～5ms，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肖特基二极管和快恢复二极管。肖特基二极管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压降小（约0.45V），反向恢复时间短和开关损耗小。但目前肖特基二极管存在的问题是耐压比较低，反向漏电流比较大。目前应用在功率变换电路中的肖特基二极管的大体水平是耐压在150V以下，平均电流在100A以下，反向恢复时间在10～40ns。肖特基二极管应用在高频低压电路中，是比较理想的。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。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。几种常用的快速二极管参数见表2-13。

 

表2-13  几种常用的快速二极管主要参数

型号	反向峰值电压 VR (V)	平均整流电流 IF (A)	反向恢复时间 trr (ns)
1N5817	20	1
1N5818	30	1
1N5819	40	1
1N4933	50	1	200
1N4935	200	1	200
1N4937	600	1	200
MUR105	50	1	35
MUR110	100	1	35
MUR115	150	1	35
MUR120	200	1	35

 

3．稳压二极管

稳压二极管是利用PN结反向击穿特性所表现出的稳压性能制成的器件。稳压管的主要参数有： = 1 * GB3 ①稳压值V_Z 。指当流过稳压管的电流为某一规定值时，稳压管两端的压降。目前各种型号的稳压管其稳压值在2～200V，以供选择。②电压温度系数 。稳压管的稳压值V_Z的温度系数在V_Z低于4V时为负温度系数值；当V_Z的值大于7V时，其温度系数为正值；而V_Z的值在6V左右时，其温度系数近似为零。目前低温度系数的稳压管是由两只稳压管反向串联而成，利用两只稳压管处于正反向工作状态时具有正、负不同的温度系数，可得到很好的温度补偿。例如2DW7型稳压管是稳压值为±6～7V的双向稳压管。③动态电阻r_Z。表示稳压管稳压性能的优劣，一般工作电流越大，r_Z越小。④允许功耗P_Z。由稳压管允许达到的温升决定，小功率稳压管的P_Z值为100～1000mW,大功率的可达50W。⑤稳定电流I_Z。测试稳压管参数时所加的电流。实际流过稳压管的电流低于I_Z时仍能稳压，但r_Z较大。

稳压管的最主要的用途是稳定电压。在要求精度不高、电流变化范围不大的情况下，可选与需要的稳压值最为接近的稳压管直接同负载并联。在稳压、稳流电源系统中一般作基准电源，也有在集成运放中作为直流电平平移。其存在的缺点是噪声系数较高，稳定性较差。表2-14列出了几种常用稳压管的主要参数。

表2-14  几种常用稳压管的主要参数

型号	稳压值 VZ (V)	允许功耗 PZ(W)	动态电阻rZ(W)	VZ的温度系数（%/℃）
1N5226A	3.3	0.5	28	-7
1N5227A	3.6	0.5	24	-6.5
1N5229A	4.3	0.5	22	-5.5
1N5230A	4.7	0.5	14	3
1N5233A	6	0.5	7	3.8
1N4736	6.8	1	3.5	5
1N4737	7.5	1	4	5.8
1N4738	8.2	1	4.5	6.2
1N4740	9.4～10.6	1	7	7.5
1N4742	11.4～12.7	1	9	7.7
1N4744	13.8～15.6	1	14	8.2
1N6024	100±5%	0.5	400	15.5
1N6026	120±5%	0.5	800	15.5

 

4．发光二极管（LED）

发光二极管的伏安特性与普通二极管类似，所不同的是当发光二极管正向偏置时，正向电流达到一定值时能发出某种颜色的光。根据在PN结中所掺加的材料不同，发光二极管可发出红、绿、黄、橘及红外光线。在使用发光二极管时应注意两点：一是若用直流电源电压驱动发光二极管时，在电路中一定要串联限流电阻，以防止通过发光二极管的电流过大而烧坏管子，注意发光二极管的正向导通压降为1.2～2V(可见光LED为1.2～2V, 红外线LED为1.2～1.6V)。二是发光二极管的反向击穿电压比较低，一般仅有几伏。因此当用交流电压驱动LED时，可在LDE两端反极性并联整流二极管，使其反向偏压不超过0.7V，以便保护发光二极管。