二极管基础知识1

二极管基础知识简介
Prepared by:Daniel ouyang

二極管基本原理
晶体二极管是一个由P型半导体和N型半导体形成的P-N结，在界面处两侧形成空间电荷层，有 自建电场。二极管最重要的特性就是单向导电性。在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在 反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。当没有外加电压时，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，这样就处于电平衡状态。当施加正向电压时，外 界电场和自建电场的互相抵消使载流子的扩散电流增加引形成正向电流。当施加反向电压时， 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。当外加的反向电压增高到一定程度，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，这就是二极管的击 穿现象。 结合时，结面处电子与电洞相结合，造成 在靠近接面处的Ｎ型半导体失去电子后变 成正离子，而Ｐ型 半导体失去电洞后变 成负离子，此时正离子排斥电洞，负离子 排斥电子，因而阻 止了电子与电洞继续 结合，达到平衡状态 p 型材料是在晶体中掺入三个价电子 n 型材料是当所加的杂质为像锑、砷及磷 的杂质原子而形成，如硼、 镓合铟。 这种五个价电子的元素。
Page: 2

二极管的主要参数
VF IF IR VB VRM Trr
正向工作压降 正向平均工作电流 反向漏电流 反向击穿电压 反向工作峰值电压 反向恢复时间 二极管通过额定正向电流时，在两极间所产生的电压降 在额定温度条件下，允许通过的整流电流的平均值 在规定的反向电压条件下流过二极管的反向电流值 二极管反向电流急剧增大到出现击穿现象时的反向电压值 二极管正常工作时所允许的反向电压峰值，通常VRM为VB 的三分之二或略小一些 在规定的条件下，二极管从正向导通转换到反向时，电流通 过零点经过峰值后，减少到某规定值时的时间间隔。 Conditions: IF=0.5A IR=1A Irr=0.25A 在应用中,Trr与电流的工作频 率相关,一般建议使用的频率 为Trr/1000,这样的使用为最 安全的保证
Page: 3

二极管分类
Group General Purpose Fast
Rectifier Recovery Rectifier Ultra Fast Recovery Rectifier Super Fast Recovery Rectifier Schottky Barrier Rectifier
Trr
>500
500-150
100-50
35
<5
几种常用的二极管元件
1. 整流二极管 将交流电源整流成为直流电流的二极管 2. 检波二极管 检波二极管是用于把迭加在高频载波上的低频信号检出来的器件 3. 开关二极管 在脉冲数字电路中，用于接通和关断电路的二极管 4. 稳压二极管 稳压二极管是由硅材料制成的面结合型晶体二极管，它是利用PN结反向击 穿时的电压基本上不随电流的变化而变化的特点，来达到稳压的目的 5. 变容二极管 利用PN结的电容随外加偏压而变化这一特性制成的非线性电容元件，被广 泛地用于参量放大器，电子调谐及倍频器等微波电路中 6. 阶跃恢复二极管 是一种特殊的变容管，也称作电荷储存二极管，简称阶跃管，它具有 高度非线性的电抗，应用于倍频器时代独有的特点，利用其反向恢复 电流的快速突变中所包含的丰富谐波，可获得高效率的高次倍频
Page: 4

二极管特性
二极管最主要的特性既是单向的导电性,见下面的伏安特性曲线图. VB(V)
VF(V) VB(V) IR(uA) Ｎ型区的自由电子远 离接面而移动至电压 正端， Ｐ型区的电洞 亦远离接面而移动至 电压负端，结果ｎ极 的正离子与ｐ极的负 离子 增加，空乏区也 随之加宽。直到位能 障壁的电位差等于外 加电压为止 外加偏压克服了Ｐ－Ｎ接面的 位能障壁，使自由电子由电源 的负极经过二 极体的Ｎ极很容 易地通过接面，与Ｐ极的多数 载子－－电洞复合，变成价电 子， 通过Ｐ极到达电源的正 端，以致产生大量的顺向电流
Page: 5

TVS 的特性
VRWM (工作电压)：此电压值是TVS组件导通的关键值；在低于此 电压值的状况下，组件被视为不导通(断路)；若电压值高于工作电 压，组件即进入导通状态。 VBR (崩溃电压)：TVS进入崩溃状态的关键电压值。在此电压下， 组件对瞬时成为一个低阻抗的路径。 IT (测试电流)：当横跨于TVS组件两端的电压值为崩溃电压时(组件 处于崩溃状态)所量得的电流值。 VC (最大箝制电压)：当通过TVS组件的电流值为IPP时，此时横跨在 组件两端的电压降。这个电压值也是组件所能承受的最大值 IPP (脉波电流的最大峰值)：此电流值是组件可容许大电流的最大值 IR (最大反向漏电流)：当横跨于TVS组件两端的电压值刚好进入工 作电压时(组件正好要成为导通状态)所量得的电流值即为最大的反向 漏电流 100%
IP In% of IPP
The power formula ( Pp ) = Vc X Ipp
50%
tr
tp
Page: 6

Schottky
在低频时，整流二极管很容易在顺向或逆向电压，形成开、关状。但当频 率增加时，一般二 极管在逆向时已不能快速的截止。这表示一般二极管在高频时 ，因其在逆向周期的起始时 间，仍维时关闭状态，不能有整流的效能，为解决这 个问题可使用萧特基二极管（Schottky Diode） 使用萧特基二极管可解决逆向恢复时间的问题，这种特殊二极管如下图所示 ，在其接面的一 边使用金、银或铂（Platinum）金属，在另一边使用掺入杂质的 硅材料（通常形成Ｎ型材 料）。当萧特基二极管未加偏压时，Ｎ型区的自由电子 较金属区中的自由电子的轨道小（即 能阶低），此轨道大小（或能阶大小）的差 异，称为萧特基障壁（Schottky Barrier）
Page: 7