硬件电路设计之“二极管特性”

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本文主要介绍二极管的特性。

二极管的特性主要包括:正向特性、反向特性、反向击穿特性、反向恢复特性。

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1、正向特性

当正向电压很低时,正向电流几乎为零,这是因为外加电压的电场还不能克服PN结内部的内电场,内电场阻挡了多数载流子的扩散运动,此时二极管呈现高电阻值,基本上还是处于截止的状态。当正向电压超过二极管开启电压Uon(又称为死区电压)时,电流增长较快,二极管处于导通状态。开启电压与二极管的材料和工作温度有关,通常硅管的开启电压为Uon=0.5V,锗管为Uon=0.2V。二极管导通后,二极管两端的导通压降很低,硅管为0.6~0.7V,锗管为0.2~0.3V。

二极管的伏安特性对温度很敏感,温度升高时,正向特性曲线向左移,对应同样大小的正向电流,正向压降随温升而减小。研究表明,温度每升高10℃,正向压降减小2mV。

2、反向特性

PN结加上反向电压时,已知少数载流子的漂移运动形成反向电流。因少数载流子数量少,且在一定温度下数量基本维持不变,因此,当反向电压在一定范围内增大时,反向电流的大小基本恒定,而与反向电压大小无关,故称为反向饱和电流,一般小功率锗管的反向电流可达几十μA,而小功率硅管的反向电流要小得多,一般在0.1μA以下,当温度升高时,少数载流子数目增加,使反向电流增大,特性曲线下移,研究表明,温度每升高100℃,反向电流近似增大一倍。

3、反向击穿特性

当反向电压增大到UBR(反向击穿电压)时,外电场能把原子核外层的电子强制拉出来,使半导体内载流子的数目急剧增加,反向电流突然增大,二极管呈现反向击穿的现象。二极管被反向击穿后,就失去了单向导电性。二极管反向击穿又分为电击穿和热击穿,利用电击穿可制成稳压管,而热击穿将引起电路故障,使用时一定要注意避免二极管发生反向热击穿的现象。

雪崩击穿是在电场作用下,载流子能量增大,不断与晶体原子相碰,使共价键中的电子激发形成自由电子-空穴对。新产生的载流子又通过碰撞产生自由电子-空穴对,这就是倍增效应。1生2,2生4,像雪崩一样增加载流子。

齐纳击穿完全不同,在高的反向电压下,PN结中存在强电场,它能够直接破坏共价键将束缚电子分离出来形成电子-空穴对,形成大的反向电流。齐纳击穿需要的电场强度很大,只有在杂质浓度特别大的PN结才做得到(杂质大电荷密度就大)。

一般的二极管掺杂浓度没这么高,它们的电击穿都是雪崩击穿。齐纳击穿大多出现在特殊的二极管中,如稳压二极管。

只要限制电流与功耗,任何“击穿”都是可恢复的!击穿类型由掺杂浓度决定(掺杂浓度大的为齐纳击穿)。通常,击穿电压<6~7V的属于齐纳击穿,稳压管的温度系数为负;高于此电压的属于雪崩击穿,稳压管的温度系数为正,这是由PN结的内部结构决定的,能不能恢复要看PN结是不是被物理地烧坏,与产生击穿的机制是无关的!

4、反向恢复

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  • 一般二级管:trr为1~10微秒,可用于低频整流;

  • 快恢复二极管:trr小于1个微秒;

  • 超快恢复二级管trr小于100纳秒(外延法制造);

  • 肖特基二级管trr在10纳秒左右。

以上就是针对二极管的正向特性、反向特性、反向击穿特性、反向恢复特性的简单介绍。

来源:硬件助手

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