硬件工程师必读：二极管电气特性详解

硬件工程师必读：二极管电气特性详解

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CSDN

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https://blog.csdn.net/eblock/article/details/143705168

二极管是电子工程中最基本的半导体器件之一，其电气特性直接影响着电路的性能。本文详细介绍了二极管的主要电气特性，包括正向电压、反向电流、结电容和反向恢复时间等关键参数，并通过具体的测试条件和数据表格，帮助读者全面理解二极管的工作原理。

二极管的主要电气特性包括正向电压、反向电流、终端电容、反向恢复时间等。二极管的电气特性示例如下表所示。

正向电压(V(F))/峰值正向电压(V(FM))

V(F)和V(FM)是在指定电流和温度条件下电流正向流动时二极管端子上发生的电压降。这称为正向电压V(F)。由于V(F)和V(FM)非常依赖温度，因此对于某些二极管，其是在脉冲电流条件下指定的。在这种情况下，我们将之称为峰值正向电压V(FM)。

通常，硅肖特基势垒二极管（SBD）具有负温度系数，而碳化硅肖特基势垒二极管（SiC SBD）在大电流区域具有正温度系数。因此，由于存在热失控风险，故不建议并联硅二极管。

图 8 I(F) – V(F)曲线

反向电流(I(R))／反向重复峰值电流(I(RRM))

I(R)和I(RRM)是二极管在指定电压下反向偏置时反向流动的漏电流。由于漏电流非常依赖温度，因此某些二极管的漏电流是在脉冲电流条件下指定的。请注意，I(R)和I(RRM)不同于反向恢复过程中观察到的最大反向恢复电流。

图 9 I(R) – V(R)曲线

结电容(Cj)／总电容(C(T))

主电容是结处产生的电容。结处有一个耗尽层，几乎没有载流子（电子或空穴）。这部分对应于电容器的绝缘带。由于耗尽层的宽度与施加的反向偏压V(R)的大小有关，因此结电容与V(R)成反比。

数据表中将C(j)和C(T)定义为在指定的反向电压条件下施加指定频率的小信号时各端子之间的等效电容。

图 10 C(j) – V(R)曲线

反向恢复时间(trr)

通过施加反向电压使正向导通二极管进入非导通状态需要一些时间。当在pn结二极管上施加正向电压时，电子被注入n型半导体（即阴极侧），而空穴被注入p型半导体（即阳极侧）。这些多数载流子在结附近重组或作为少数载流子扩散并穿过结，导致电流流动。

当施加反向电压时，负电流（即反向恢复电流i(rr)）首先流动，抵消了这些多数载流子。残留在每一层中的一些少数载流子在经过一定时间（寿命）后重组并消失。

反向恢复时间（t(rr)）即反向恢复电流（i(rr)）消失所需的时间。数据表中规定了t(rr)，具体如下。

正向电流（I(F)）及将施加反向电压（V(R)）后的下降转换速率（di/dt）作为指定的测试条件。

设I(F)从过零点达到反向恢复电流（i(rr)）峰值所需的时间为t1。

设从峰值i(rr)到通过i(rr)的90%和50%点的线的过零点所需的时间为t2。

然后，将反向恢复时间（t(rr)）定义为t1与t2之和。

即：t(rr)=t1+t2。

图 11 二极管关断操作（反向恢复时间）

正向恢复时间(tfr)

当正向电压快速上升时，即使施加快速上升的正向电压，二极管也不会立即导通。在二极管获得高电导率之前，需要一点时间来积累足够的载流子。尽管二极管正向偏置，但它在此期间表现出高电阻，因此电压高于导通状态下的V(F)值。这种现象称为正向恢复。二极管在正向恢复期间比在稳定状态下消耗更多的功率。

数据表中将t(fr)定义为在指定的正向电流（I(F)）下，正向电压从V(F)的10%达到峰值然后降至V(F)的110%所需的时间。高压二极管的正向恢复时间往往较长。

图 12 二极管导通操作（正向恢复时间）