各种二极管的性能和应用ppt课件.ppt

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1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能HZ2/33Diode半半导体器件体器件 常用的有二极管，三极管，场效应管。半半导体三大特性体三大特性 热敏特性；光敏特性（即在加热情况下阻值明显下降，导电能力明显加强）；掺杂特性。PN PN 结结半导体基本概念半导体基本概念 在一块纯净的半导体晶片上，采用特殊的掺杂工艺，在两侧分别掺入三价元素和五价元素。一侧形成P型半导体，另一侧形成N型半导体，如图6.2所示。在结合面的两侧分别留下了不能移动的正负离子，呈现出一个空间电荷区。这个空间电荷区就称为PN结。PNPN结单向导电性结单向导电

2、性正偏（PN）导通，反偏（PN）载止。PN结结UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗锗管管0.1V。导通压降导通压降:硅管硅管0.60.7V,锗管锗管0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压UBR伏安特性伏安特性为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能HZ2/33Diode二极管二极管二极管的结构如右图所示二极管的结构如右图所示。1：二极管的分类二极管的分类。LG二极管按功能分类：1.整流二极管（RectifierDiode）2.开关二极管（SwitchingDiode）也叫快速恢复二极管3.肖特基二极管（Schottk

3、yDiode）3.稳压管（ZenerDiode）4.瞬态电压抑制二极管（TVSDiode）5.发光二极管（Light-emittingDiode）6.其他类型：红外二极管（LED的一种，遥控器），变容二极管（VaractorDiode，高频调谐，早期收音模块），光电二极管（PhotoDiode，光信号转电信号，接收头一部分/SMPSPC901/激光头ABCD），激光二极管（LaserDiode,激光头发射激光).2：伏安特性和主要参数：伏安特性和主要参数1.伏安特性一般硅管导通压降约为0.7伏,锗管导通压降约为0.3伏。除稳压二极管外，反向击穿都将使二极管损坏。2.主要参数（1）最大整流电流I

4、F超过IF二极管的PN结将过热而烧断。（2）最高反向工作电压URM 二极管一旦过压击穿损坏，失去了单向导电性。（3）最大反向电流IRM这个电流愈小二极管的单向导电性愈好。温升时，IRM增大。uv/V015105（A）iv/mAABBA-5IR0.20.40.60.8CDDC-30-U（BR）硅锗图1.7 二极管伏安特性曲线为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能HZ2/33Diode3.3.二极管级间电容二极管级间电容二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容势垒电容CB

5、和和扩散电容扩散电容CD。势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入P 区的少子（电子）在P 区有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在P 区有电子的积累。同理，在N区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容.电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来。电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来。CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载

6、流子数目很少，扩散电容可忽略。在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。PNPN结高频小信号时的等效电路：结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电容的综合效应势垒电容和扩散电容的综合效应rd为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能HZ2/33Diode名称名称Rectifier Diode(整流二极管）Schottky Diode(肖特基二极管)Switching Diode（开关二极管）Zener Diode（稳压二极管）TVS Diode（瞬态抑制电压二极管）原理原理 一种将交流电

7、能转变为直流电能的半导体器件，利用二极管正向导通，反向截至的基本原理。SBD是肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode,缩写成SBD）的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。半导体二极管导通时相当于开关闭合（电路接通），截止时相当于开关打开（电路切断），所以二极管可作开关用。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。稳压二极管也称齐纳二极管或反向击穿二极管，在电路中起稳定电压作用。它是

8、利用二极管被反向击穿后，在一定反向电流范围内反向电压不随反向电流变化这一特点进行稳压的。瞬态（瞬变）电压抑制二级管简称tvs器件，在规定的反向应用条件下，当承受一个高能量的瞬时过压脉冲时，其工作阻抗能立即降至很低的导通值，允许大电流通过，并将电压箝制到预定水平，从而有效地保护电子线路中的精密元器件免受损坏。tvs能承受的瞬时脉冲功率可达上千瓦，其箝位响应时间仅为1ps应用应用主要用于各种低频半波整流电路，如需达到全波整流需连成整流桥使用。替替换：高耐压-低耐压高整流电流-低整流电流 SBD的主要优点包括两个方面：1）由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度，故其正向导通门限电压和正向压降都比PN结

9、二极管低（约低0.2V）。2）由于SBD是一种多数载流子导电器件，不存在少数载流子寿命和反向恢复问题。SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间，完全不同于PN结二极管的反向恢复时间。由于SBD的反向恢复电荷非常少，故开关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适合于高频应用。开关二极管是专门用来做开关用的二极管，它由导通变为截止或由截止变为导通所需的时间比一般二极管短，脉冲和开关电路中。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

10、缺点是噪声系数较高，稳定性较差。双向tvs可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压箝制到预定水平，双向tvs适用于交流电路，单向tvs一般用于直流电路。主要是用来防静电保护。LGEHZ用的比较少。各种二极管进行的对比为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能名称名称Rectifier Diode(整流二极管）Schottky Diode (肖特基二极管)Switching Diode（开关二极管）Zener Diode（稳压二极管）TVS Diode（瞬态抑制电压二极管）注注意意事事项项 选用整流二极管时，主要应考虑其最大

11、整流电流IO、最大反向峰值电压VRRM、最大正向浪涌电流IFSM、反向漏电流IRRM及反向恢复时间Trr等参数。关关键参数意参数意义：额定整流电流IO:在规定的使用条件下，在电阻性负载的正弦半波整流电路中，允许连续通过半导体二极管的最大工作电流。正向电压降VF:半导体整流二极管通过额定工向整流电流时，在极间产生的电压降。最大反向工作电压VRRM:指在使用时所允许加的最大反向电压。由于整流二极管一旦反向击穿，就会产生很大的反向电流，因此在使用中不允许超过此值。最大反向漏电流IRRM:半导体整流二极管在正弦波最高反同工作电压下的漏电流。结温TJM:半导体整流二极管在规定的使用条件下，所允许的最高温

12、度。SBD的结构及特点使其适合于在低压、大电流输出场合用作高频整流，在非常高的频率下用于检波和混频，在高速逻辑电路中用作箝位。不足之处是反向耐压较低，不适于高反压电路。选择开关二极管的时候主要考虑一下参数，反向恢复时间TrrTrr，开启电压VFM VFM 替换：替换：对于没有恃殊要求的电路可选用普通开关二极管。对于高频头中用的开关二极管，要选用反向工作电压大于高频头的开关电压的二极管。对于过电压保护、触发器、逆变器、脉冲发生器等可选用硅开关二极管在更换开关二极管时，可选用相同参数或比原参数大的开关二极管。尤其是反向恢复时间、最高反向工作电压、反向击穿电压等参数必须满是电路要求。替换：替换：相同

13、稳压值的高功耗-低功耗 关键参数意义：关键参数意义：稳定电压VZ:稳压二极管在起稳压作用的范围内，其两端的反向电压值称为稳定电压。反向测试电流IZ:测试反向参数时，给定的反向电流。最大工作电流IZM:是指稳压二极管在长期工作时，允许通过的最大反向电流值。在使用稳压二极管时，不允许超过最大工作电流。动态电阻Rz:在测试电流下，稳压二极管两端电压的变化量与通过稳压二极管的电流变化量之比。动态电阻反映了稳压二极管的稳压特性，动态电阻越小，其稳压性能越好。电压稳定系数CTV:在测试电流下，稳定电压的相对变化与环境温度的绝对变化的比值。一般稳定电压低于6V的稳压二极管，其电压稳定系数是负的，高于6V的则

14、为正。最大耗散功率PCM:在给定的使用条件下，稳压二极管允许承受的最大功率。稳压二极管在反向击穿区工作时，只要不超过最大耗散功率和最大工作电流，它是不会被烧坏的。最高结温TJM:稳压二极管在工作状态下，PN结的最高温度。击穿电压VRWM，最大反向工作电压（变位电压）VBR，箝位电压Vc，反向脉冲峰值电流IPP，反向脉冲功率Ppk 选用原则：选用原则：瞬态电压抑制二极管的关断电压(工作电压)vww应大于被保护电路的最大工作电压。瞬态电压抑制二极管的最大钳位电压(最大抑制电压)应小于被保护电路的损坏极限电压。瞬态电压抑制二极管的最大峰值脉冲功耗Pm必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。在确定

15、了最大钳位电压(最大抑制电压)Vc后，瞬态电压抑制二极管的最大脉冲峰值电流Ippm应大于瞬态浪涌电流。对于数字接口电路保护用的瞬态电压抑制二极管，应注意其电容量是否满足使用的要求。要根据用途和需要选用瞬态电压抑制二极管的极型及封装形式。交流电路宜选用双极型瞬态电压抑制二极管。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能HZ2/33Diode二极管的应用二极管的应用1.整流电路整流电路是利用二极管的单向导电作用，将交流电变成直流电的电路.1.发光二极管发光二极管正偏导通时发光。2.光电二极管光电二极管光照增强时，外加反偏压作用下，

16、反向电流增加。3.光电耦合器如果把发光二极管和光电二极管组合构成二极管型光电耦合器件。4.稳压二极管具有稳定电压的作用，工作在反向击穿区。稳压管的主要参数：（1）稳定电压UZ（2）稳定电流IZ（3）动态电阻rZ为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能HZ2/33Diode二极管的应用二极管的应用2.钳位电路钳位电路是使输出电位钳制在某一数值上保持不变的电路。设二极管为理想元件，当输入UAUB3V时，二极管V1，V2正偏导通，输出被钳制在UA和UB上，即UF3V；当UA0V，UB3V，则V1导通，输出被钳制在UFUA0V，V2

17、反偏截止3.检波电路检波电路是把信号从已调波中检出来的电路。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能HZ2/33Diode二极管的应用二极管的应用4.钳位电路钳位电路是使输出电位钳制在某一数值上保持不变的电路。设二极管为理想元件，当输入UAUB3V时，二极管V1，V2正偏导通，输出被钳制在UA和UB上，即UF3V；当UA0V，UB3V，则V1导通，输出被钳制在UFUA0V，V2反偏截止5.限幅度电路限幅电路是限制输出信号幅度的电路。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小

18、学图书室育人功能整流功能类整流功能类1.整流二极管原理：利用二极管正向导通，反向截至的原理，将交流电能转变为直流电能的半导体器件。特性：1）耐压高，功率大（通常这类整流二极管都用高纯单晶硅制造，掺杂较多时容易反向击穿）。2）整流电流较大。因为PN结面积较大，所以能通过较大的电流。3）工作频率较低。因为结电容较大，充放电的时间比较长。应用：整流二极管具有良好的温度特性和耐压特性，主要用于各种低频半波整流电路，或连成整流桥做全波整流。实际电路典型应用：HT355SMPS整流桥（全波整流）MicomVccResetVccRAD125Micom0.7VVoltageDropHZ2/33Diode为深入

19、学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能HER302VRM=100V6V*6=36VSR306-35VRM=60V3.7V*6=22.2VRL104FVRM=400V15V*6=90VHT355次级电路次级电路HER304HER3045.6V6VTuner Vcc(5V)3.7V14V15VIC Vcc(3.3V)Power AMP PVDD(34V)34VPower AMP Vdd(12V)HER304VRM=300V34V*6=204V负电压正电压*5*6所以：VRMVout*7HZDiode为深入学习习近平新时代中国特色社会

20、主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2.快速恢复二极管（SwitchingDiode）原理：快速恢复二极管是一种能快速从通态转变到关态的特殊晶体期间。导通时相当于开关闭合（电路接通），截止时相当于开关打开（电路切断），所以二极管可作开关用。特性：1）开关速度快。应用：当普通硅整流管用于较高频率时，整流效率低，波形变坏，甚至烧毁。快速恢复二极管能够在导通和截止之间快速转化，提高了器件的使用频率和改善了波形。HT355Main4nsHT355SMPS4nsHZDiode为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥

21、中小学图书室育人功能3.肖特基二极管（SchottkyDiode）原理：肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。特性：1）正向导通电压低（If=100mA，约0.4V，锗管0.2V，硅管0.7V）2）反向恢复时间超小（不作统计整流管几十到几百ns，开关管几ns）3）正向整流超大4）反向电压较小（普通SBDVRM最高60V左右）应用：肖特基二极管的结构及特点使其适合于在低压、大电流输出场合用作高频整流，在非常高的频率下用于检波和混频，在高速逻辑电路中用作箝位。实际电路典型应用：RAD125main作用

22、：0.4V压降，3.7V3.3VReset IC VccMicon IC VddMCV904SMPS反向截止，整流HZDiode为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能整流类二极管对比整流类二极管对比/选用替代基准选用替代基准类型关键参数替代原则优缺点实际回路选用整流二极管（RectifierDiode）1.VRM最大反向电压2.最大整流电流3.截止频率4.反向恢复时间5.最大功率同类型替代：低耐压高耐压，低整流电流高整流电流。不同类型替代：耐压，整流电流以及散热满足条件下，可用开关管替代整流管。PN结较大，散热好，但开关速

23、度相对较慢。1.压降功能：0.7V压降用硅整流管。0.30.4V压降用肖特基管。2.高速通讯回路使用肖特基二极管。快速恢复二极管（SwitchingDiode）1.VRM最大反向电压2.最大整流电流3.截止频率4.反向恢复时间5.最大功率开关速度较快。肖特基二极管（SchottkyDiode）1.VRM最大反向电压2.最大整流电流3.最大功率开关速度超快，整流电流超大。反向耐压相比较低（常见最大60V）。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能稳压二级管稳压二级管HZDiode+-动态电阻：动态电阻：r rz z越小，稳压越

24、小，稳压性能越好。性能越好。（4 4）稳定电流）稳定电流I IZ Z、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流I Izmaxzmax、I Izminzmin。（5 5）最大允许功耗）最大允许功耗稳压二极管的参数稳压二极管的参数:（1 1）稳定电压）稳定电压 U UZ Z（2 2）电压温度系数）电压温度系数 U U（%/%/）稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。（3 3）动态电阻）动态电阻为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能稳压类4.稳压二极管原理：稳压二极管是利用二极管反向击穿的时候，通过较大的电流时

25、电压增加很小。特性:1）.具有普通二极管的单向导电特性，又可工作于反向击穿状态。2）.反向电流增大到一定数值后，稳压二极管会彻底被击穿破坏。应用：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。其存在的缺点是噪声系数较高，稳定性较差。实际电路应用：HT355Main15.2V基准电源OPAMP（4580）V+HT355SMPS13V基准电源HT355SMPS稳压HZDiode0IA（Izmin）IZIA（Izmax）ImAUZUVBAUZIZUBUA为深入学习习近平新时代中国特色社

26、会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能4.瞬态电压抑制二极管原理：当TVS两端受瞬间高能量冲击的时候，它能以极高的速度把两端的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，吸收一个大电流，从而把它两端的电压钳制在一个预定的数值上，保护后面的电路元件不由瞬态高压的冲击而损坏。特性:1）.能承受很高的瞬时功率（可达上千W），钳位响应时间短（ps级别，10-12S）。2）.双向TVS可用在交流电路，单向TVS用在直流电路。应用：TVS用于对电子元件进行快速过压保护。如雷击，ESD，负载开关人为操作错误等引起的过压起保护作用。实际电路应用：MCV904 Wide SMPS33V击穿

27、TVSMicomHT355 MicomMIC_DET端 防静电MIC_DETHZDiode为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能稳压类二极管对比稳压类二极管对比/选用替代基准选用替代基准类型关键参数替代原则实际回路选用稳压二极管（ZenerDiode）1.Uz稳定电压2.电压温度系数。3.动态电阻Rz。动态电阻越小，I变化较大是，Uz变化不大4.允许功耗Pz1.同样的Uz值2.同样封装，功率大替换功率小3.稳压偏差小替代偏差大为佳。国际上分A,B,C,D,E这几档（1%，2%，5%，10%，15%）虽然齐纳稳压管、瞬态电压

28、抑制二极管都属于稳压类。但工作方式不同。常态下，1.齐纳稳压管工作在导通状态（反向齐纳击穿态）2.做保护作用的TVS常态下不工作，而在ESD，雷击，高压脉冲冲击的情况下，TVS被击穿/钳位从而进行过压保护。作基准电压源，稳压用齐纳稳压管；作瞬时高压保护用TVS。瞬态电压抑制二极管（TVS，TransientVoltageSuppressor）1.Uc,Ipp钳位电压，峰值脉冲电流。Uc被保护元件的极限电压2.UR最大反向电压，击穿前的临界点3.Uz击穿电压（I=1mA测得）4.额定功率（常见有500W，1000W，5000W）1.最关键参数Uc必须满足。2.常态下不处于击穿电压，则TVS两端电压VUR3.大额定功率替代小额定功率