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        深圳市威特瑞科技有限公司 >>最新信息>>文章内容

半导体二极管介绍

发布人:威特瑞 浏览 249 次【字号 】 发布时间:2009年2月20日 打印本页

    

 晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的P-N结,在其界面处两侧形成空间电荷层,并建有自建电场。当不存在外加电压时,由于P-N结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

  当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。
  当外界有反向电压偏置时,外界电场和自建电场进一步加强,形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。
  当外加的反向电压高到一定程度时,P-N结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程,产生大量电子空穴对,产生了数值很大的反向击穿电流,称为二极管的击穿现象。
  半导体二极管的主要参数
  二极管伏安特性曲线。
 
1  二极管伏安特性曲线
  1.反向饱和漏电流IR
  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IR为纳安(10-9A)级,锗管的IR为微安(10-6A)级。
  2.额定整流电流IF
  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IF值可达1000A。
  3. 最大平均整流电流IO
  在半波整流电路中,流过负载电阻的平均整流电流的最大值。这是设计时非常重要的值。
  4. 最大浪涌电流IFSM
  允许流过的过量的正向电流。它不是正常电流,而是瞬间电流,这个值相当大。
  5.最大反向峰值电压VRM
  即使没有反向电流,只要不断地提高反向电压,迟早会使二极管损坏。这种能加上的反向电压,不是瞬时电压,而是反复加上的正反向电压。因给整流器加的是交流电压,它的最大值是规定的重要因子。最大反向峰值电压VRM指为避免击穿所能加的最大反向电压。目前最高的VRM值可达几千伏。
  6. 最大直流反向电压VR
  上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压,VR是连续加直流电压时的值。用于直流电路,最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的。
  7.最高工作频率fM
  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fM值较高,在100MHz以上;整流二极管的fM较低,一般不高于几千赫。
  8.反向恢复时间Trr
  当工作电压从正向电压变成反向电压时,二极管工作的理想情况是电流能瞬时截止。实际上,一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量,就是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度,但不一定说这个值小就好。也即当二极管由导通突然反向时,反向电流由很大衰减到接近IR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。
  9. 最大功率P
  二极管中有电流流过,就会吸热,而使自身温度升高。最大功率P为功率的最大值。具体讲就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流。这个极限参数对稳压二极管,可变电阻二极管显得特别重要。
  半导体二极管的命名方法
  半导体器件的型号由五个部分组成,如2所示。如2AP9,其中“2”表示电极数为2,“A”表示N型锗材料,“P”表示普通管,“9”表示序号。
 
2 半导体二极管的型号组成
  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、触发二极管和激光二极管等。几种主要二极管的特性如下:
  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因素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。
  2.快速二极管
  快速二极管的工作原理与普通二极管相同,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,约为4 ms~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快恢复二极管和肖特基二极管。
  3.快恢复二极管(简称FRD):是一种具有开关特性好、反向恢复时间短等特点的半导体二极管,主要用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中,常作高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。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。快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同,它属于PIN结型二极管,即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I,构成PIN硅片。因基区很薄,反向恢复电荷很小,所以快恢复二极管的反向恢复时间较短,正向压降较低,反向击穿电压(耐压值)较高。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。
  4.肖特基(Schottky)二极管:也称肖特基势垒二极管(简称SBD),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,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,是一种低功耗、超高速半导体器件,应用于开关电源、变频器、驱动器等电路,作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管使用,或在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。肖特基二极管在结构上与PN结二极管的区别很大,它的内部由阳极金属(用钼或铝等材料制成的阻挡层)、二氧化硅(SiO2)电场消除材料、N-外延层(砷材料)、N型硅基片、N+阴极层及阴极金属等构成,在N型基片和阳极金属之间形成肖特基势垒。当在肖特基势垒两端加上正向偏压(阳极金属接电源正极,N型基片接电源负极)时,肖特基势垒层变窄,其内阻变小。反之,若在肖特基势垒两端加上反向偏压时,肖特基势垒层则变宽,内阻变大。
  肖特基二极管耐压较低,反向漏电流较大,依据这个特性,可其应用在高频低压电路中。目前其主要应用还是在功率转换电路中,耐压一般小于150V,平均电流小于100A,反向恢复时间介于10 ns~40ns之间。
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