二极管的原理与选型

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二极管的原理与选型

发表于 2020-08-04 10:59:56
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二极管(Diode)算是半导体家族中的元老了,其最明显的性质就是它的单向导电特性,就是说电流只能从一边过去,却不能从另一边过来(从正极流向负极)。

根据材料的导电能力,我们将形形色色的材料划分为导体、绝缘体和半导体。半导体是一种具有特殊性质的物质,它的导电能力介于导体和绝缘体之间,所以被称为半导体。常见的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge)。

下面我们将从二级管的基础知识、二极管的选用,这两个方面出发对二级管进行介绍。

基础知识  

01   二极管的分类    

二极管的种类有很多,按照所用的半导体材料,可分为锗二极管(Ge管)和硅二极管(Si管);按照管芯结构,又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。

根据二极管的不同用途,可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、肖特基二极管、发光二极管等。

02   二极管的型号命名方法    

(1)按照国产半导体器件型号命名方法:二极管的型号命名由五个部分组成:主称、材料与极性、类别、序号和规格号(同一类产品的档次)。

03   二极管的工作原理    

二极管的主要原理就是利用PN结的单向导电性,在PN结上加上引线和封装就成了一个二极管。

晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的PN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PN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,PN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。PN结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。

二极管的选用

04   按主要参数选择    

(1)额定正向工作电流

额定正向工作电流指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。

(2)最大浪涌电流

最大浪涌电流,是允许流过的过量正向电流,它不是正常电流,而是瞬间电流。其值通常是额定正向工作电流的20倍左右。

(3)最高反向工作电压

加在二极管两端的反向工作电压高到一定值时,管子将会击穿,失去单向导电能力。为了保证使用安全,规定了最高反向工作电值。例如,lN4001二极管反向耐压为50V,lN4007的反向耐压为1000V。

(4)反向电流

反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下,流过二极管的反向电流。反向电流越小,管子的单方向导电性能越好。反向电流与温度密切相关,大约温度每升高10℃,反向电流增大一倍。硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

(5)反向恢复时间

从正向电压变成反向电压时,电流一般不能瞬时截止,要延迟一点点时间,这个时间就是反向恢复时间。它直接影响二极管的开关速度。

(6)最大功率

最大功率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等显得特别。

(7)频率特性

由于结电容的存在,当频率高到某一程度时,容抗小到使 PN 结短路。导致二极管失去单向导电性,不能工作,PN 结面积越大,结电容也越大,越不能在高频情况下工作。

05   不同二极管的选用    

(1)检波二极管

检波二极管一般可选用点接触型锗二极管,选用时,应根据电路的具体要求来选择工作频率高、反向电流小、正向电流足够大的检波二极管。

(2)整流二极管

整流二极管一般为平面型硅二极管,用于各种电源整流电路中。选用整流二极管时,主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。

普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管,对截止频率的反向恢复时间要求不高,只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。

(3)稳压二极管

稳压二极管一般用在稳压电源中作为基准电压源或用在过电压保护电路中作为保护二极管。选用的稳压二极管,应满足应用电路中主要参数的要求。

稳压二极管的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同,稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载电流50%左右。

(4)开关二极管

开关二极管主要应用于收录机、电视机、影碟机等家用电器及电子设备有开关电路、检波电路、高频脉冲整流电路等。

中速开关电路和检波电路,可以选用2AK系列普通开关二极管。高速开关电路可以选用RLS系列、1SS系列、1N系列、2CK系列的高速开关二极管,要根据应用电路的主要参数(如正向电流、最高反向电压、反向恢复时间等)来选择开关二极管的具体型号。

(5)变容二极管

选用变容二极管时,应着重考虑其工作频率、最高反向工作电压、最大正向电流和零偏压结电容等参数是否符合应用电路的要求,应选用结电容变化大、高Q值、反向漏电流小的变容二极管。

06   TVS二极管选型    

(1)最高工作电压:要知道,在电路正常运作的情况下,TVS管是不工作的,因此TVS管的截止电压必须大于被保护电路的最高工作电压。但是也不能太高,否则箝位电压也会很高。故,在选择最高电压时,要综合考虑被保护电路的工作电压及电路的承受能力。

(2)TVS管功率选型:TVS 产品的额定瞬态功率应大于电路中可能出现的最大瞬态浪涌功率。

(3)箝位电压:TVS 钳位电压应小于后级被保护电路最大可承受的瞬态安全电压。

(4)漏电流:在一些低功耗电路或高精度采集电路中,漏电流过大可能导致电路功耗过大或信号的采集精度超标。

(5)结电容:TVS 的结电容一般在几十皮法至几十纳法。对于同一功率等级的 TVS,其电压越低,电容值越大。在一些通信线路中,要注意 TVS 的结电容,不能影响电路正常工作。

(6)封装形式:TVS 的功率从封装形式上也可以体现,封装体积越小,其功率一般也越小,因为 TVS 的芯片面积直接决定了 TVS 的功率等级。TVS管采购商可根据电路设计及测试要求选择合适封装的 TVS 器件。

07   常用整流二极管选型  

二极管型号,用途,最高反向工作电压VR,最大平均整流电流IF

1N4001 硅整流二极管 50V, 1A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)

1N4002 硅整流二极管 100V, 1A,

1N4003 硅整流二极管 200V, 1A,

1N4004 硅整流二极管 400V, 1A,

1N4005 硅整流二极管 600V, 1A,

1N4006 硅整流二极管 800V, 1A,

1N4007 硅整流二极管 1000V, 1A,

1N4148 硅开关二极管 75V, 4PF,Ir=25nA,Vf=1V,

1N5391 硅整流二极管 50V, 1.5A,(Ir=10uA,Vf=1.4V,Ifs=50A)

1N5392 硅整流二极管 100V,1.5A,

1N5393 硅整流二极管 200V,1.5A,

1N5394 硅整流二极管 300V,1.5A,

1N5395 硅整流二极管 400V,1.5A,

1N5396 硅整流二极管 500V,1.5A,

1N5397 硅整流二极管 600V,1.5A,

1N5398 硅整流二极管 800V,1.5A,

1N5399 硅整流二极管 1000V,1.5A,

1N5400 硅整流二极管 50V, 3A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=150A)

1N5401 硅整流二极管 100V,3A,

1N5402 硅整流二极管 200V,3A,

1N5403 硅整流二极管 300V,3A,

1N5404 硅整流二极管 400V,3A,

1N5405 硅整流二极管 500V,3A,

1N5406 硅整流二极管 600V,3A,

1N5407 硅整流二极管 800V,3A,

1N5408 硅整流二极管 1000V,3A,

1S1553 硅开关二极管 70V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

1S1554 硅开关二极管 55V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

1S1555 硅开关二极管 35V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

1S2076 硅开关二极管 35V,150mA,250mW, 8nS, 3PF,450ma, Ir≤1uA,Vf≤0.8V,≤1.8PF,

1S2076A 硅开关二极管 70V,150mA,250mW,8nS, 3PF,450ma, 60V, Ir≤1uA,Vf≤0.8V,≤1.8PF,

1S2471 硅开关二极管 80V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,

1S2471B 硅开关二极管 90V,150mA,250mW,3nS,3PF,450ma,

1S2471V 硅开关二极管 90V,130mA,300mW,4nS,2PF,400ma,

1S2472 硅开关二极管 50V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,

1S2473 硅开关二极管 35V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤3PF,

1S2473H 硅开关二极管 40V,150mA,300mW,4nS,3PF,450ma,

2AN1 二极管 5A, f=100KHz

2CK100 硅开关二极管 40V,150mA,300mW,4nS,3PF,450ma,

2CK101 硅开关二极管 70V,150mA,250mW,8nS, 3PF,450ma,

2CK102 硅开关二极管 35V,150mA,250mW, 8nS, 3PF,450ma,

2CK103 硅开关二极管 20V,100mA, 2PF,100ma,

2CK104 硅开关二极管 35V,100mA, 10nS,2PF,225ma,

2CK105 硅开关二极管 35V,100mA, 4nS,2PF,225ma,

2CK106 硅开关二极管 75V,100mA, 4nS,2PF,100ma,

2CK107 硅开关二极管 90V,130mA,300mW,4nS,2PF,400ma,

2CK108 硅开关二极管 70V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

2CK109 硅开关二极管 35V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

2CK110 硅开关二极管 90V,150mA,250mW,3nS,3PF,450ma,

2CK111 硅开关二极管 55V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

2CK150 硅开关二极管 15V, Ir≤25nA, Vf≤1.2V,≤2PF,

2CK161 硅开关二极管 15V, Ir≤25nA, Vf≤1.2V,≤2PF,

2CK4148 硅开关二极管 75V, Ir≤25nA,Vf=1V,4PF,

2CK2076 硅开关二极管 35V, Ir≤1uA,Vf≤0.8V, ≤1.8PF,

2CK2076A硅开关二极管 60V, Ir≤1uA,Vf≤0.8V, ≤1.8PF,

2CK2471 硅开关二极管 80V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,

2CK2472 硅开关二极管 50V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,

2CK2473 硅开关二极管 35V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤3PF,

2CN1A 硅二极管 400V, 1A, f=100KHz,

2CN1B 硅二极管 100V, 1A, f=100KHz,

2CN3 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3D 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3E 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3F 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3G 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3H 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3I 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3K 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,

2CN4D 硅二极管 V, 1.5A,f=100KHz,

2CN5D 硅二极管 V, 1.5A, f=100KHz,

2CN6 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,

2CP1553 硅二极管 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,

2CP1554 硅二极管 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,

2CP1555 硅二极管 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,

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