快恢復(fù)二極管(簡稱FRD)是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管,主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中,作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同,它屬于PIN結(jié)型二極管,即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I,構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄,反向恢復(fù)電荷很小,所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短,正向壓降較低,反向擊穿電壓(耐壓值)較高。
注意事項(xiàng)
(1)有些單管,共三個引腳,中間的為空腳,一般在出廠時(shí)剪掉,但也有不剪的。
(2)若對管中有一只管子損壞,則可作為單管使用。3)測正向?qū)▔航禃r(shí),必須使用R&TImes;1檔。若用R&TImes;1k檔,因測試電流太小,遠(yuǎn)低于管子的正常工作電流,故測出的VF值將明顯偏低。在上面例子中,如果選擇R&TImes;1k檔測量,正向電阻就等于2.2kΩ,此時(shí)n′=9格。由此計(jì)算出的VF值僅0.27V,遠(yuǎn)低于正常值(0.6V)。
超快恢復(fù)二極管是在快恢復(fù)二極管基礎(chǔ)上發(fā)展而成的,其反向恢復(fù)時(shí)間Trr比FRD更短,是極有發(fā)展前途的電力、電子半導(dǎo)體器件。
肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士(Schottky)命名的,SBD是肖特基勢壘二極管(SchottkyBarrierDiode,縮寫成SBD)的簡稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的,而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此,SBD也稱為金屬-半導(dǎo)體(接觸)二極管或表面勢壘二極管,它是一種熱載流子二極管。
肖特基二極管作用
肖特基(Schottky)二極管,又稱肖特基勢壘二極管(簡稱SBD),它屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。最顯著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒),正向?qū)▔航祪H0.4V左右。其多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管,也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號檢波二極管使用。在通信電源、變頻器等中比較常見。
一個典型的應(yīng)用,是在雙極型晶體管BJT的開關(guān)電路里面,通過在BJT上連接Shockley二極管來箝位,使得晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)其實(shí)處于很接近截止?fàn)顟B(tài),從而提高晶體管的開關(guān)速度。這種方法是74LS,74ALS,74AS等典型數(shù)字IC的TTL內(nèi)部電路中使用的技術(shù)。
肖特基(Schottky)二極管的最大特點(diǎn)是正向壓降VF比較小。在同樣電流的情況下,它的正向壓降要小許多。另外它的恢復(fù)時(shí)間短。它也有一些缺點(diǎn):耐壓比較低,漏電流稍大些。選用時(shí)要全面考慮。
檢波二極管是用于把疊加在高頻載波上的低頻信號檢出來的器件,它具有較高的檢波效率和良好的頻率特
性。
檢波二極管作用
檢波(也稱解調(diào))二極管的作用是利用其單向?qū)щ娦詫⒏哳l或中頻無線電信號中的低頻信號或音頻信號取出來,廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體收音機(jī)、收錄機(jī)、電視機(jī)及通信等設(shè)備的小信號電路中,其工作頻率較高,處理信號幅度較弱。
就原理而言,從輸入信號中取出調(diào)制信號是檢波,以整流電流的大小(100mA)作為界線通常把輸出電流小于100mA的叫檢波。鍺材料點(diǎn)接觸型、工作頻率可達(dá)400MHz,正向壓降小,結(jié)電容小,檢波效率高,頻率特性好,為2AP型。類似點(diǎn)觸型那樣檢波用的二極管,除用于一般二極管檢波外,還能夠用于限幅、削波、調(diào)制、混頻、開關(guān)等電路。也有為調(diào)頻檢波專用的特性一致性好的兩只二極管組合件。
開關(guān)二極管是半導(dǎo)體二極管的一種,是為在電路上進(jìn)行“開”、“關(guān)”而特殊設(shè)計(jì)制造的一類二極管。它由導(dǎo)通變?yōu)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)閷?dǎo)通所需的時(shí)間比一般二極管短,常見的有2AK、2DK等系列,主要用于電子計(jì)算機(jī)、脈沖和開關(guān)電路中。
開關(guān)二極管工作原理
半導(dǎo)體二極管導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于開關(guān)閉合(電路接通),截止時(shí)相當(dāng)于開關(guān)打開(電路切斷),所以二極管可作開關(guān)用,常用型號為1N4148。由于半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ姷奶匦裕谡珘合翽N結(jié)導(dǎo)通,在導(dǎo)通狀態(tài)下的電阻很小,約為幾十至幾百歐;在反向偏壓下,則呈截止?fàn)顟B(tài),其電阻很大,一般硅二極管在10ΜΩ以上,鍺管也有幾十千歐至幾百千歐。利用這一特性,二極管將在電路中起到控制電流接通或關(guān)斷的作用,成為一個理想的電子開關(guān)。
以上的描述,其實(shí)適用于任何一支普通的二極管,或者說是二極管本身的原理。但針對于開關(guān)二極管,最重要的特點(diǎn)是高頻條件下的表現(xiàn)。
高頻條件下,二極管的勢壘電容表現(xiàn)出來極低的阻抗,并且與二極管并聯(lián)。當(dāng)這個勢壘電容本身容值達(dá)到一定程度時(shí),就會嚴(yán)重影響二極管的開關(guān)性能。極端條件下會把二極管短路,高頻電流不再通過二極管,而是直接繞路勢壘電容通過,二極管就失效了。而開關(guān)二極管的勢壘電容一般極小,這就相當(dāng)于堵住了勢壘電容這條路,達(dá)到了在高頻條件下還可以保持好的單向?qū)щ娦缘男Ч?/p>
普通的二極管由PN結(jié)組成。在P和N半導(dǎo)體材料之間加入一薄層低摻雜的本征(Intrinsic)半導(dǎo)體層,組成的這種P-I-N結(jié)構(gòu)的二極管就是PIN二極管。正因?yàn)橛斜菊鳎↖ntrinsic)層的存在,PIN二極管應(yīng)用很廣泛,從低頻到高頻的應(yīng)用都有,主要用在RF領(lǐng)域,用作RF開關(guān)和RF保護(hù)電路,也有用作光電二極管(PhotoDiode)。PIN二極管包括PIN光電二極管和PIN開關(guān)二極管。
PIN二極管在不同偏置下的工作狀態(tài)
(1)正偏下:PIN二極管加正向電壓時(shí),P區(qū)和N區(qū)的多子會注入到I區(qū),并在I區(qū)復(fù)合。當(dāng)注入載流子和復(fù)合載流子相等時(shí),電流I達(dá)到平衡狀態(tài)。而本征層由于積累了大量的載流子而電阻變低,所以當(dāng)PIN二極管正向偏置時(shí),呈低阻特性。正向偏壓越大,注入I層的電流就越大,I層載流子越多,使得其電阻越小。下圖是正偏下的等效電路圖,可以看出其等效為一個很小的電阻,阻值在0.1Ω和10Ω之間。
(2)零偏下:當(dāng)PIN二極管兩端不加電壓時(shí),由于實(shí)際的I層含有少量的P型雜質(zhì),所以在IN交界面處,I區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散,N區(qū)的電子向I區(qū)擴(kuò)散,然后形成空間電荷區(qū)。由于I區(qū)雜質(zhì)濃度相比N區(qū)很低,多以耗盡區(qū)幾乎全部在I區(qū)內(nèi)。在PI交界面,由于存在濃度差(P區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于I區(qū)),也會發(fā)生擴(kuò)散運(yùn)動,但是其影響相對于IN交界面小的多,可以忽略不計(jì)。所以當(dāng)零偏時(shí),I區(qū)由于存在耗盡區(qū)而使得PIN二極管呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。
(3)反偏下:反偏情況跟零偏時(shí)很類似,所不同的是內(nèi)建電場會得到加強(qiáng),其效果是使IN結(jié)的空間電荷區(qū)變寬,且主要是向I區(qū)擴(kuò)展。此時(shí)的PIN二極管可以等效為電阻加電容,其電阻是剩下的本征區(qū)電阻,而電容是耗盡區(qū)的勢壘電容。下圖是反偏下PIN二極管的等效電路圖,可以看出電阻范圍在1Ω到100Ω之間,電容范圍在0.1pF到10pF之間。當(dāng)反向偏壓過大,使得耗盡區(qū)充滿整個I區(qū),此時(shí)會發(fā)生I區(qū)穿通,此時(shí)PIN管不能正常工作了。