二极管特性

shuszhao · 发表于 2018-8-30 08:54:45

虽然二极管只是简单的器件，但有许多特性需要考虑。这些特性通常取决于应用，包括整流器、信号线或、晶体管关闭，或续流(电感和电机)等，当然还有专用功能如LED和基准电压。二极管是按能隙原理工作的半导体，热量会改变其特性，而功率损耗会产生热量。了解这些限制及其对器件性能的影响可以避免令人头疼的问题。

虽然二极管是一个简单器件，但它却有许多值得考虑的特性。这些特性通常取决于应用，其中一些应用包括：整流器、信号线或、晶体管关闭、续流（电感器和电机）等，当然还有专用功能如 LED 和基准电压。
二极管正如其三角形符号所表示的，只能在一个方向上传输电流，在相反方向则会阻止电流及电压。该理论是基于半导体结和掺杂区域的取向。其中最基本的是PN结二极管。

图1：基本二极管符号、组成、封装图和图形。（图片来源：《电子和电气工程师指南》）

二极管偏置，将通过一个较低的正向压降“自动”传输电流——PN结二极管的典型压降值为0.7V，肖特基二极管的典型值为0.3V。工作是在第一象限，其中电压和电流均为正，而第四象限是阻断电压及所产生的漏电流。大多数功耗都是根据这两个工作点计算的。然而，二极管的快速开关也会引起功耗，其表现形式为在开关期间出现的电压和电流。

图2：开通波形。（图片来源：Vishay）

图3：关断波形。（来源：Vishay)

反向恢复也会引起功耗，这与SiC等新型半导体材料的技术发展有关。有许多不同类型的半导体材料用于二极管，包括GaN和GaAs。它们针对不同的需求而有相应的优势，比如更快的恢复时间、更高的阻断电压，以及更大的电流容量等。

图4：反向恢复时间比较。（图片来源：Research Gate）

因为这些半导体是基于能隙原理工作，所以二极管产生的热量会改变其特性。功耗会产生热量，因此功耗P[sub]total[/sub] = P[sub]conduction[/sub] + P[sub]blocking[/sub] + P[sub]turnoff[/sub] + P[sub]turnon[/sub]。幸运的是，在关断时间内，关断损耗是均衡的。否则，由于产生的电压和电流量，功耗可能变得非常明显。
关于二极管的最后一个想法是，它们不是万能的。二极管具有能量脉冲额定值，在周期性应用中会单次甚至重复吸收能量。了解这些限制以及对器件性能的影响可以避免许多令人头疼的问题。为保险起见，最好是将二极管并联或串联使用，以便略微分散应力。与同类器件不同，其分配一般很好。