Toshiba分立半导体器件之二极管

在电子工程师眼里世界上的物质分为三大类:导体、半导体、绝缘体。善于传导电流的物质称为导体,例如金属;不善于传导电流的物质称为绝缘体,例如橡胶;而半导体则是一种在导电性上位于两者之间的物质,并在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域得到广泛应用。

二极管是最早诞生半导体器件之一,它具有单向导通,反向截止的性能。当给二极管的阳极和阴极加上正向电压时,称为正向偏置,二极管允许电流通过;当给阳极和阴极加上反向电压时,称为反相偏置,二极管不允许电流通过。此特性在电子电路有着广泛的应用,人们根据二极管的正向、反向导电特性和材质不同设计了不同类型和功能的二极管,用于电路的整流、开关、保护和调谐等。以下我们将简单介绍下各二极管的特性。

1、整流二极管:是一种能够将交流电转换为直流电的半导体器件。通常情况下,整流二极管由半导体硅或锗等材料制造而成,采用硅材料制成的整流二极管具有击穿电压高,反向漏电流小,其高温性能也非常好的特性。

2、快速恢复二极管(FRD):其结构和功能与整流二极管相同,二者的区别在于整流二极管用于500Hz以下的低频应用,而FRD则用于从几kHz到100kHz的高频开关。FRD具有反向恢复时间(trr)很短的特性,对于需要高速开关应用产品起到了至关重要的作用。一般整流二极管的trr为几微秒到几十微秒,而FRD的trr达到了几十毫微秒到几百毫微秒,约为整流二极管的1/100,因此也被广泛应用于开关电源、逆变器、DC/DC转化器等。


 

3、稳压二极管:又被叫做齐纳二极管(Zener diode),在电路图中我们通常用“ZD”加数字的方式标示。二极管的基本主体结构是PN结,而齐纳二极管便是利用了PN结的反向特性。在反向电压提高时,大电流在一定的电压下开始流动,并得到恒定的电压(我们称这种现象为击穿,其电压称为击穿电压)。稳压二极管的特点是在击穿发生后,其两端的电压基本保持不变。这样,当把稳压管接入电路以后,若由于电源电压发生波动,或其它原因造成电路中各点电压变动时,负载两端的电压将基本保持不变。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用,通过串联就可获得更多的稳定电压。

4、TVS二极管(ESD保护二极管):全称为瞬态电压抑制二极管(Transient Voltage Suppression Diode),属于齐纳二极管的一种,在电路中可以保护电路免受静电放电(ESD)的影响。TVS二极管的工作原理如下图所示,将它与需要保护的电路或器件并联,当受到外部高压静电的冲击时,TVS二极管可凭借极快的响应时间和浪涌吸收能力吸收瞬间的大电流,从而将输出电压钳制在安全范围内,以此实现保护作用。


5、可变容二极管(变容二极管):是利用PN结的耗尽层(Depletion  Layer)电容可变的原理制成的器件,在电路中可用于自动调谐、调频等功能。在二极管两端加上一个反向电压时,随着电压的增加耗尽层变宽,二极管的电容C相应减小;反之,如果反向电压降低,则耗尽层变窄,电容则增大。以此通过对反向电压的调整来改变二极管的电容量。

6、肖特基势垒二极管(SBD):和其它类型的二极管不同,肖特基二极管通过采用半导体和金属结构组合取代了PN结结构,因此也可称为金属半导体二极管。肖特基二极管可选用钼、铂、钒、钛等金属材料。根据所选材料的不同,它的正向导通电压VF约为0.4V至0.7V,低于PN结二极管的数值,其反向耐受电压约为20V至150V。由于它具有正向电压小,反向恢复时间短的特点,适合于高速开关的应用。

最后,我们为大家总结下二极管的主要特点:

 

  • 整流二极管:击穿电压高、反向漏电流小、高温性能好。
  • 快速恢复二极管(FRD):恢复时间短。
  • 稳压二极管(齐纳二极管):电压击穿后两段电压基本保持不变。
  • TVS二极管(ESD保护二极管):响应时间快、浪涌吸收能力强。
  • 可变容二极管(变容二极管):电容随反向电压而改变。
  • 肖特基势垒二极管:正向电压小,反向回复时间短

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