一、通用型二極管:整流與基礎(chǔ)保護(hù)
通用型二極管主要用于整流,即將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。橋式二極管作為整流二極管的典型組合,廣泛應(yīng)用于各類電源設(shè)計(jì)中。除了整流功能外,通用型二極管還能在電源或電池反接時(shí),提供過電流保護(hù)。其正向電壓(VF)通常因工作電流而異,一般以 1V 左右為標(biāo)準(zhǔn),這是硅 PN 結(jié)二極管常見的 VF 值。反向恢復(fù)時(shí)間(trr)則以適用于 50Hz/60Hz 商用電源整流為設(shè)計(jì)基準(zhǔn),并非追求特別快速。在開關(guān)型二極管中,雖然 VF 標(biāo)準(zhǔn)與通用型二極管一致,但由于其主要應(yīng)用于電源切換,trr 要比通用型二極管更快。但需注意,開關(guān)型二極管的速度雖優(yōu)于通用型二極管,卻仍未達(dá)到肖特基勢(shì)壘二極管或快速恢復(fù)二極管的高速水平,其開關(guān)性能的提升僅是相對(duì)通用型二極管而言。


二、肖特基勢(shì)壘二極管:高效能 DC/DC 與 AC/DC 轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件
肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)在結(jié)構(gòu)上并非基于 PN 結(jié),而是利用金屬與半導(dǎo)體(如 N 型硅)形成肖特基勢(shì)壘。相較于 PN 結(jié)二極管,SBD 具有更低的正向電壓(VF)和更快的開關(guān)特性。然而,其反向漏電流(IR)相對(duì)較大,在特定條件下可能引發(fā)熱失控問題,使用時(shí)需格外注意。例如,即使流經(jīng)高達(dá) 10A 的大電流,SBD 的 VF 值通常維持在約 1V;而在幾安培的電流下,VF 值則更低。這些特性使得 SBD 在追求高效率的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器或 AC/DC 轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)應(yīng)用中表現(xiàn)出色。快速恢復(fù)二極管(FRD)作為 PN 結(jié)二極管的一種,其 trr 得到了顯著優(yōu)化,成為高速二極管的代表。雖然 SBD 的耐壓(反向電壓 VR)通常在 200V 以下,但 FRD 的耐壓能力可高達(dá) 800V。不過,F(xiàn)RD 的 VF 一般比通用型二極管高,尤其在高耐壓大電流規(guī)格下,標(biāo)準(zhǔn)值約為 2V。但近年來(lái),隨著技術(shù)進(jìn)步,VF 值降低的 FRD 型號(hào)也逐漸增多。憑借其高耐壓和高速性能,F(xiàn)RD 多應(yīng)用于 AC/DC 轉(zhuǎn)換器或逆變器電路。
三、穩(wěn)壓二極管(齊納二極管):穩(wěn)壓與基準(zhǔn)電壓的精確實(shí)現(xiàn)


穩(wěn)壓二極管,又稱齊納二極管,是一種利用 PN 結(jié)反向擊穿特性工作的半導(dǎo)體器件。其核心原理是在反向擊穿狀態(tài)下,通過 PN 結(jié)的電流可以在很大范圍內(nèi)變化,而兩端電壓卻能基本保持恒定。穩(wěn)壓二極管在臨界反向擊穿電壓之前具有高電阻,一旦達(dá)到臨界擊穿點(diǎn),反向電阻急劇下降,進(jìn)入低阻區(qū),此時(shí)電流雖大幅增加,但二極管兩端電壓基本穩(wěn)定在擊穿電壓附近,從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓功能。穩(wěn)壓二極管可以根據(jù)擊穿電壓進(jìn)行分檔,廣泛用作穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件。通過串聯(lián)多個(gè)穩(wěn)壓二極管,還能獲得更高的穩(wěn)定電壓。
穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線顯示,其正向特性與普通二極管相似,而在反向電壓低于反向擊穿電壓時(shí),反向電阻很大,反向漏電流極小。當(dāng)反向電壓接近臨界值時(shí),反向電流會(huì)急劇增大,發(fā)生擊穿。在這一臨界擊穿點(diǎn)上,反向電阻驟降至很低的值。盡管電流在很大范圍內(nèi)變化,二極管兩端的電壓卻能穩(wěn)定在擊穿電壓附近,這就是穩(wěn)壓二極管實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓功能的關(guān)鍵機(jī)制。
(一)主要參數(shù)
穩(wěn)定電壓值 :這是穩(wěn)壓二極管在通過額定電流時(shí)兩端產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓。該值會(huì)因工作電流和溫度的變化而略有波動(dòng)。由于制造工藝的差異,同一型號(hào)的穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值也可能不完全一致。
額定電流 :指穩(wěn)壓二極管產(chǎn)生穩(wěn)定電壓時(shí)流過的電流值。若電流低于此值,穩(wěn)壓效果將變差;高于此值,只要不超過額定功率損耗,也是允許的,且穩(wěn)壓性能會(huì)有所提升,但會(huì)增加電能消耗。
動(dòng)態(tài)電阻 :指穩(wěn)壓二極管兩端電壓變化與電流變化的比值。該比值隨工作電流的不同而改變,通常工作電流越大,動(dòng)態(tài)電阻越小。例如,2CW7C 穩(wěn)壓二極管在工作電流為 5mA 時(shí),動(dòng)態(tài)電阻為 18Ω;在 10mA 時(shí)為 8Ω;在 20mA 時(shí)為 2Ω;超過 20mA 則基本保持在 2Ω 左右。
綜上所述,不同類型的二極管在電子電路中扮演著多樣化的重要角色,從通用型二極管的整流與基礎(chǔ)保護(hù),到肖特基勢(shì)壘二極管在高效能轉(zhuǎn)換器中的關(guān)鍵應(yīng)用,再到穩(wěn)壓二極管的精確穩(wěn)壓與基準(zhǔn)電壓功能,它們各自獨(dú)特的電氣特性決定了其在特定應(yīng)用場(chǎng)景中的優(yōu)勢(shì)與局限性。深入理解這些特性,有助于工程師在電路設(shè)計(jì)中做出更優(yōu)的元件選型決策,從而提升整體電路的性能與可靠性。
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