抑制功率二极管反向恢复几种方案的比较 0 引言 高频功率二极管在电力电子装置中的应用极其广泛。但PN结功率二极管在由导通变为截止状态过程中，存在反向恢复现象。这会引起二极管损耗增大，电路效率降低以及EMI增加等问题。这一问题在大功率电源中更加突出。常用RC吸收、串入饱和电抗器吸收、软开关电路等开关软化方法加以解决，但关于其效果对比的研究报道尚不多见。本文以Buck电路为例，对这几种方案进行了比较，通过实验及仿真得出有用的结论。 1 二极管反向恢复原理 以普通PN结二极管为例，PN结内载流子由于存在浓度梯度而具有扩散运动，同时由于电场作用存在漂移运动，两者平衡后在PN结形成空间电荷区。当二极管两端有正向偏压，空间电荷区缩小，当二极管两端有反向偏压，空间电荷区加宽。当二极管在导通状态下突加反向电压时，存储电荷在电场的作用下回到己方区域或者被复合，这样便产生一个反向电流。 2 解决功率二极管反向恢复的几种方法 为解决功率二极管反向恢复问题已经出现了很多种方案。一种思路是从器件本身出发，寻找新的材料力图从根本上解决这一问题，比如碳化硅二极管的出现带来了器件革命的曙光，它几乎不存在反向恢复的问题。另一种思路是从拓扑角度出发，通过增加某些器件或辅助电路来使功率二极管的反向恢复得到软化。目前，碳化硅二极管尚未大量进入实用，其较高的成本制约了普及应用，大量应用的是第二种思路下的软化电路。本文以一个36V输入、30V/30A输出、开关频率为62.5kHz电路（如图1所示）为例，比较了几种开关软化方法。 图1 Buck电路
2．1 RC吸收 这是解决功率二极管反向恢复问题的常用方法。在高频下工作的功率二极管，要考虑寄生参数。图2(a)为电路模型，其中D为理想二极管，Lp为引线电感，Cj为结电容，Rp为并联电阻（高阻值），Rs为引线电阻。RC吸收电路如图2（b）所示，将C1及R1串联后并联到功率二极管D0上。二极管反向关断时，寄生电感中的能量对寄生电容充电，同时还通过吸收电阻R1对吸收电容C1充电。在吸收同样能量的情况下，吸收电容越大，其上的电压就越小；当二极管快速正向导通时，C1通过R1放电，能量的大部分将消耗在R1上。 (a) 功率二极管电路模型(b) RC吸收电路 (c) 串联饱和电抗器(d) 二极管反向恢复软化电路 图2 解决功率二极管反向恢复问题的常用方案 2.2 串联饱和电抗器 这是解决这一问题的另一种常用方法，如图2（c）所示。一般铁氧体(Ferrite)磁环和非晶合金(Amorphous)材料的磁环都可以做饱和电抗器。根据文献[1]，用饱和电抗器解决二极管反向恢复问题时，常用的锰锌铁氧体有效果，但是能量损失比非晶材料大。随着材料技术的进展，近年来非晶饱和磁性材料性能有了很大提高。本文选用了东芝公司的非晶材料的磁环(型号：MT12×8×4.5W)绕2匝作饱和电抗器。 对应图3（a）和图3（b），第Ⅰ阶段通过D0的电流很大，电抗器Ls饱和，电感值很小；第Ⅱ阶段当二极管电流开始下降时，Ls仍很小；第Ⅲ阶段二极管电流反向，反向恢复过程开始(trr为反向恢复时间)，Ls
半导体二极管及其应用电路 1．半导体的特性 自然界中的各种物质,按导电能力划分为:导体、绝缘体、半导体。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。它具有热敏性、光敏性（当守外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化）和掺杂性(往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显变化)。利用光敏性可制成光电二极管和光电三极管及光敏电阻;利用热敏性可制成各种热敏电阻;利用掺杂性可制成各种不同性能、不同用途的半导体器件,例如二极管、三极管、场效应管等。 2．半导体的共价键结构 在电子器件中,用得最多的材料是硅和锗,硅和锗都是四价元素,最外层原子轨道上具有4个电子,称为价电子。每个原子的4个价电子不仅受自身原子核的束缚,而且还与周围相邻的4个原子发生联系,这些价电子一方面围绕自身的原子核运动,另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。这样,相邻的原子就被共有的价电子联系在一起,称为共价键结构。 当温度升高或受光照时,由于半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中束缚得那样紧,价电子从外界获得一定的能量,少数价电子会挣脱共价键的束缚,成为自由电子,同时在原来共价键的相应位置上留下一个空位,这个空位称为空穴, 自由电子和空穴是成对出现的,所以称它们为电子空穴对。在本征半导体中,电子与空穴的数量总是相等的。我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发,又称为热激发。 由于共价键中出现了空位,在外电场或其他能源的作用下,邻近的价电子就可填补到这个空穴上,而在这个价电子原来的位置上又留下新的空位,以后其他价电子又可转移到这个新的空位上。为了区别于自由电子的运动,我们把这种价电子的填补运动称为空穴运动,认为空穴是一种带正电荷的载流子,它所带电荷和电子相等, 符号相反。由此可见, 本征半导体中存在两种载流子:电子和空穴。而金属导体中只有一种载流子——电子。本征半导体在外电场作用下,两种载流子的运动方向相反而形成的电流方向相同。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度时影响半导体性能的一个重要的外部因素。
整流二极管工艺问题 整流二极管工艺问题 关于“二极管反向击穿电压飘动”的问题，很多同行都发表了自己的看法。本人经过几个月废寝忘食的摸索，发现酸洗中使用的氨水可能会造成反向击穿电压飘动。我们这里用的酸洗工艺，第一道是混酸，第二道是磷酸+双氧水，第三道是氨水+双氧水。然后发现用过氨水以后，很难将芯 片表面和铜引线上的氨水去除，所有有可能造成芯片表面污染，在塑封后固化以后出现击穿电压蠕变或者说飘动的不良品。- X" R. ~/ H Y8 c$ H* w3 X 整流二极管工艺问题 1. 损伤磨片不可避免地产生10微米以上的损伤层；喷砂形成的损伤可能更大！这些损伤会导致硅片易碎，并会形成扩散沟道。对于较大的机械损伤，在腐蚀过程中非但消除不了，反而会更加扩大，使表面耐压大大下降。切割的损伤对芯片耐压的影响非常大。切割硅片表面的损伤层包括镶嵌层和应力层两部分，晶片表面是镶嵌层，下层为具有较严重损伤的损伤层和应力层。它们的厚度为15～25μm，这 是对于整个切片平均值而言
3. 金属杂质重金属杂质会使少子寿命大大降低，它们在PN结内会引起较大的漏电流，严重的甚至使电压降为零。重金属多积于单晶尾部，可予以切除。另外在扩散后可以利用磷硅玻璃或硼硅玻璃于950—1050 ℃进行1小时的吸收，但吸收对碱金属（钠、钾）和碱土金属（钙、镁）离子作用不大。 4. 磷扩散由于浓度很高，高温时会在硅中引起很大的位错，加上硅单晶本身的位错，会使磷沿着位错较大或较集中的地方扩进更深，空间电荷区展宽时易形成局部的穿通。所以磷扩散的浓度不宜太高。要防止磷硼扩散产生合金点导致基区宽度变窄。 5. 如雪崩击穿发生在PN结的某一小部分，则迅速增大的电流集中在这一区域，就会因热量集中而烧毁。这种破坏性的击穿称为热击穿，热击穿不可逆。这大多是因为PN结表面不平坦或有残余的机械损伤造成的。 6. 表面离子沾污负电荷排斥电子吸引空穴，形成P型反型层沟道，因而使漏电流增大；而正电荷吸引电子排斥空
第三章二极管 一、判断题 1、因为N型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（） 2、PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（） 3、二极管的四类理想模型分别是理想二极管模型、恒压模型、折线模型、小信号模型（）。 4、掺入3价杂质元素形成的半导体叫N型半导体。（） 5、掺入5价杂质元素形成的半导体叫N型半导体。（） 6、N型半导体多子为电子，而P型半导体的少子为空穴（） 7、N型半导体多子为电子，而P型半导体的少子也是电子。（） 8、PN结外加反向电压指N极电位比P极电位高。（） 9、PN结外加反向电压耗尽层变厚，扩散电流增加。（） 10、PN结外加反向电压耗尽层变厚，耗尽层变厚，扩散电流增加。（） 11、Si二极管的正向导通电压比较Ge二极管的正向导通电压高。（） 12、二极管的反向击穿有两种，一种是齐纳击穿，另一种雪崩击穿，齐纳击穿时所需反压一般比较雪崩击穿时高。（） 13、二极管的齐纳击穿是可逆的。（） 14、二极管的热击穿是可逆的，而击电穿是不可逆。（） 15、发光二极管正常工作时加正向偏置电压，而稳压二极管正常工作时一般加反向偏置电压。（） 16、PN结外加反向电压势垒区变窄。（） 17、二极管在工作电流大于最大整流电流I F时会损坏。（） 18、二极管在工作频率大于最高工作频率f M时会损坏。（） 19、二极管在反向电压超过最高反向工作电压U RM时会损坏。（） 20、在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。（） 21、稳压管正常稳压时应工作在正向导通区域。（） 二、填空题 1、当PN结外加反向电压时，耗尽层厚度将变＿＿＿＿，漂移电流的大小将＿＿＿。 2、纯净的半导体叫＿＿＿＿半导体。掺入3价杂质元素形成的半导体叫＿＿＿＿型半导体，它主要靠＿＿＿＿导电。 3、掺杂半导体叫＿＿＿＿半导体。掺入5价杂质元素形成的半导体叫＿＿＿＿型半导体，它主要靠＿＿＿＿导电。 4、PN结正向偏置是指P区接电源的＿＿极、N区接电源的＿＿极。这时多子的作＿＿＿＿运动较强，PN 结厚度变＿＿＿＿，结电阻较＿＿＿＿。 5、当温度升高时，由于二极管内部少数载流子浓度＿＿＿＿，因而少子漂移而形成的反向电流＿＿＿＿， 6、二极管反向伏安特性曲线＿＿＿＿移。 7、半导体稳压管的稳压功能是利用PN结的＿＿＿＿特性来实现的。 8、二极管P区接电位＿＿端，N区接电位＿＿端，称正向偏置，二极管导通；反之，称反向偏置，二极管截止，所以二极管具有＿＿＿＿性。
二极管的开关作用和反向恢复时间 PN结二极管经常用来制作电开关。在正偏状态，即开态，很小的外加电压就能产生较大的电流，;在反偏状态，即关态，只有很小的电流存在于PN结内。我们最感兴趣的开关电路参数就是电路的开关速度。本节会定性地讨论二极管的开关瞬态以及电荷的存储效应。在不经任何数学推导的情况下，简单给出描述开关时间的表达式。 二极管的开关作用 利用二极管正、反向电流相差悬殊这一特性，可以把二极管作开关使用。 当开关K打向A时，二极管处于正向，电流很大，相当于接有负载的外回路与电源相连的开关闭合，回路处于接通状态(开态); 当开关K打向B时，二极管处于反向，反向电流很小，相当于外回路的开关断开，回路处于断开状态(关态)。 在关态时，流过负载的电流就是二极管的反向电流IR。二极管的反向恢复时间 假设外加脉冲的波形如图(a)所示，则流过二极管的电流就如图(b)所示。
外电路加以正脉冲时 导通过程中，二极管P区向N区输运大量空穴，N区向P区输运大量电子。 随着时间的延长，N区内空穴和P区内电子不断增加，直到稳态时停止。在稳态时，流入N区的空穴正好与N区内复合掉的空穴数目相等，流入P区的电子也正好与P区内复合掉的电子数目相等，达到动态平衡，流过P-N结的电流为一常数I1。 随着势垒区边界上的空穴和电子密度的增加，P-N结上的电压逐步上升，在稳态即为VJ。此时，二极管就工作在导通状态。 当某一时刻在外电路上加的正脉冲跳变为负脉冲时 正向时积累在各区的大量少子要被反向偏置电压拉回到原来的区域，开始时的瞬间，流过P-N结的反向电流很大，经过一段时间后，原本积累的载流子一部分通过复合，一部分被拉回原来的区域，反向电流才恢复到正常情况下的反向漏电流值IR。正向导通时少数载流子积累的现象称为电荷储存效应。二极管的反向恢复过程就是由于电荷储存所引起的。反向电流保持不变的这段时间就称为储存时间ts。在ts 之后，P-N结上的电流到达反向饱和电流IR，P-N结达到平衡。定义流过P-N结的反向电流由I2下降到0.1 I2时所需的时间为下降时间tf。储存时间和下降时间之和为(ts+tf)称为
大功率IGBT模块内建二极管反向恢复时间测试 ——SKM150GB123D （使用DI-100测试仪器）IGBT模块很贵，主要厂家为国外的厂家，我们不得不承认，这个模块还是被国外的厂家所垄断，中国自主的品牌没有呀！ 即使是国外的管子，有的管子速度快、有的耐压高、有的电流大，型号各异，特性各异，有的时候，我们在设计大功率开关电源的时候，还需要关注IGBT模块的内建二极管，尤其是内建二极管的反向恢复时间，那就是恢复速度。 为了用buck电路来做一个100A的恒流源，我选择SKM150GB123D模块，它内部有两个IGBT单元，如果使用一个IGBT开关，另外一个模块只用它的内建二极管或者寄生二极管，用来作为BUCK电路的续流二极管，岂不美哉！ 现在困扰我的是，这个内建二极管或者寄生二极管的速度如何，如果速度快，那就相当beauty了，但是如果速度慢，那就悲哀了，还需要外接一个大容量，高速的二极管，麻烦呀，官方给定的资料不够，看不出内建二极管的速度。于是我就用DI-100二极管反向恢复测试仪，测试这个IGBT的内建二极管速度。 测试结果给大家分享一下，如下图。 图1 二极管外形图2 示波器存储的波形
图3 二极管正向导通电流图4 二极管反向恢复电流 图5二极管反向恢复电流斜率图6 二极管反向恢复时间 为BUCK 电路的续流二极管，高兴中。。。。 再找找，发现手头上还有另外一个300A的IGBT模块，干脆一起测试一下，分享一下测试结果。测量FF300R12KT4 IGBT内建二极管反向恢复时间测试。 图1 二极管外形图2 示波器存储的波形
图3 二极管正向导通电流 图4 二极管反向恢复电流 图5二极管反向恢复电流斜率 图6 二极管反向恢复时间 综上 根据测试结果，发现这个IGBT 的内建二极管的速度快，但不是非常快，如果用来作为BUCK 电路的续流二极管，略微显得有点不足。。。。还需要考虑再三呀！ 总结，如果知道IGBT 的内建二极管恢复时间，就可以对IGBT 模块的内建二极管进行充分的利用，优化设计，少走弯路。一个优秀的工程师，当然必须要有足够好的测试仪器才行呀，强烈推荐长春艾克思科技有限责任公司的二极管反向恢复测试仪DI-100，这个是强电大功率电源工程师、大功率电源生产厂家必备的仪器！
测试二极管反向恢复特性的分析仪 作者：Ｌｏｕｉｓ Ｖｌｅｍｉｎｃｑ，Ｂｅｌｇａｃｏｍ，Ｅｖｅｒｅ，Ｂｅｌｇｉｕｍ 测试二极管的反向恢复特性一般都需要复杂的测试设备。必 须能够建立正向导通条件、正向闭锁状态、及两者间的过渡。还需要有一种从所得到的波形中提取特征的手段。总而言之，这并不是一项很简单的例行操作，应由专业人员来完成这项复杂的工作。这个事实说明了工程师们为什么通常都会依赖于公布的数据。 但如果测试比较简单，亲自动手来检查反向恢复时间是有好处的。这种设置可以让你在相同的条件和没有这种规范的测试设备下比较不同厂商的设备，如驱动集成电路的衬底二极 管，齐纳二极管及标准整流器等（由于测试参数有很多组合，直接比较数据不太现实）。切记，反向恢复时间不一定越短越好，速度较慢的二极管也很有用。速度较慢的二极管可以生成较短的停滞时间，提高转换器的效率，并提供其它一些优势（参考文献１）。 根据本设计实例我们研究了一种测试仪，它只用一些廉价的标准元件，可以检测反向恢复时间。为了简化测试，测试条件是固定的，可以将测试标准化，并提供了一个供比较的共同标准。这些条件能９９％地满足将要测试的设备。测试的正向电流低到足以保证小开关二极管的安全工作， 高到足以克服较大设备中的电容性影响。 电路的核心有一个二极管与电阻器组成的逻辑与（ＡＮＤ）门，与门的二极管为ＤＵＴ（被测设备，图１）。ＩＣ１缓冲触发器ＩＣ２Ａ，后者可产生驱动与门的反相方波。Ｒ３５将ＤＵＴ的正向电流设为７５ｍＡ左右。有了合适的二极管，与门的输出总保持较低，因为其输出之一总是较小。但真正的二极管在跃迁后保持导通，在Ｒ３５两端生成一个正向脉冲。电路并未采用直接测试脉冲宽度的强制方法，而是使用一个精巧的方案。Ｒ１９／Ｃ１５网络对脉冲求出平均值，并将得出的电压放 图１，这种二极管恢复测试设置允许在完全相同的条件下比较不同厂商的设备。
整流电路由于频率很低，故只对耐压有要求，只要耐压能满足，肯定是可以代用的，且快恢复二极管也有用于整流的情况，就是在开关电源次级整流部份，由于频率较高，只能使用快恢复二极管整流，否则由于二极管损耗太大会造成电源整体效率降低，严重时会烧毁二极管。另外快恢复二极管的价格较整流二极管贵很多，耐压越高越贵，所以一般是不会拿快恢复二代管使用的。当然，如果你手头上只有快恢复二极管而没有一般整流管时，想怎么用就怎么用，只要耐压足够即可。 提问者评价 首先谢谢你的回答！！！ 是的，没有刚好合适耐压的整流二极管。所有用快恢复代替的 肖特基二极管和快恢复二极管的区别 快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多采用掺金措施，结构上有采用PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100纳秒以下。 肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，简称肖特基二极管(Schottky Barrier Diode），具有正向压降低（0.4--0.5V）、反向恢复时间很短（10-40纳秒），而且反向漏电流较大，耐压低，一般低于150V，多用于低电压场合。 这两种管子通常用于开关电源。 肖特基二极管和快恢复二极管区别：前者的恢复时间比后者小一百倍左右，前者的反向恢复时间大约为几纳秒~！ 前者的优点还有低功耗，大电流，超高速~！电气特性当然都是二极管阿~！ 快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件. 肖特基二极管：反向耐压值较低40V-50V，通态压降0.3-0.6V，小于10nS 的反向恢复时间。它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且，MIS（金属－绝缘体－半导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。
整流二极管 整流二极管是一种能够将交流电能转化成为直流电能的半导体器件，整流二极管具有明显的单向导电性，是一种大面积的功率器件，结电容大，工作频率较低，一般在几十千赫兹，反向电压从25V到3000V. 硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好，通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造，这种器件结面积大，能通过较大电流（通常可以达到数千安），但工作频率不高，一般在几十千赫兹以下，整流二极管主要用于各种低频整流电路。 整流二极管的常用参数 （1）最大平均整流电流IF：指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。该电流由PN结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值，并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A。 （2）最高反向工作电压VR：指二极管两端允许施加的最大反向电压。若大于此值，则反向电流(IR)剧增，二极管的单向导电性被破坏，从而引起反向击穿。通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。例如1N4001的VR为50V，1N4007的VR为1OOOV （3）最大反向电流IR：它是二极管在最高反向工作电压下允许流过的反向电流，此参数反映了二极管单向导电性能的好坏。因此这个电流值越小，表明二极管质量越好。 （4）击穿电压VR：指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。反向为软特性时，则指给定反向漏电流条件下的电压值。 （5）最高工作频率fm：它是二极管在正常情况下的最高工作频率。主要由PN结的结电容及扩散电容决定，若工作频率超过fm，则二极管的单向导电性能将不能很好地体现。例如1N4000系列二极管的fm为3kHz。 （6）反向恢复时间tre：指在规定的负载、正向电流及最大反向瞬态电压下的反向恢复时间。 （7）零偏压电容CO：指二极管两端电压为零时，扩散电容及结电容的容量之和。值得注意的是，由于制造工艺的限制，即使同一型号的二极管其参数的离散性也很大。手册中给出的参数往往是一个范围，若测试条件改变，则相应的参数也会发生变化，例如在25°C时测得1N5200系列硅塑封整流二极管的IR小于1OuA，而在100°C时IR则变为小于500uA。 整流二极管的选用 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。例如，1N
二极管的反向恢复过程 一、二极管的反向恢复过程 二、在下图的电路中V上输入如下的电压波形：则二极管上的电流波形如下： 可以看到，当通入正向电压时，二极管导通，二极管上的电流为I1，当通入的电压突然反向时，二极管上的电流也瞬间反向了，随后才变小，进而进入反向截止状态。这个现象就叫二极管的反向恢复。反向电流保持不变的这段时间称为储存时间ts，反向电流由I2下降到0.1I2所需的时间称为下降时间tf。储存时间和下降时间之和（ts+tf）称为反向恢复时间。二极管反向截止后还存在的电流被称为二极管的反向漏电流IR。 二、二极管反向恢复现象的解释 在二极管的PN节上，当外加正向电压时，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，这样，不仅使势垒区（耗尽区）变窄，而且使载流子有相当数量的存储，在Ｐ区内存储了电子，而在Ｎ区内存储了空穴，它们都是非平衡少数载流子，如下图所示。 空穴由Ｐ区扩散到Ｎ区后，并不是立即与Ｎ区中的电子复合而消失，而是在一定的路程LP（扩散长度）内，一方面继续扩散，一方面与电子复合消失，这样就会在LP范围内存储一定数量的空穴，并建立起一定空穴浓度分布，靠近
结边缘的浓度最大，离结越远，浓度越小。正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。电子扩散到Ｐ区的情况也类似，下图为二极管中存储电荷的分布。
我们把正向导通时，非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。 当输入电压突然由正向变为反向时Ｐ区存储的电子和Ｎ区存储的空穴不会马上消失，但它们将通过下列两个途径逐渐减少： ① 在反向电场作用下，Ｐ区电子被拉回Ｎ区，Ｎ区空穴被拉回Ｐ区，形成反向漂移电流IR，如下图所示； ②与多数载流子复合。 在这些存储电荷消失之前，ＰＮ结仍处于正向偏置，即势垒区仍然很窄，ＰＮ结的电阻仍很小，与电路中的负载电阻相比可以忽略，所以此时反向电流IR=（反向电压VR＋VD）/负载电阻RL。VD表示ＰＮ结两端的正向压降，一般VR>>VD，即IR＝VR／RL。在这段期间，IR基本上保持不变，主要由VR和RL所决定。 经过时间ts后Ｐ区和Ｎ区所存储的电荷已显著减小，势垒区逐渐变宽，反向电流IR逐渐减小到正常反向饱和电流的数值，经过时间tf，二极管转为截止。
HVM12 HVRT高压二极管 反向恢复时间测试 二极管和一般开关的不同在于，“开”与“关”由所加电压的极性决定，而且“开”态有微小的压降Vf,“关”态有微小的电流Io。当电压由正向变为反向时, 电流并不立刻成为(- Io) , 而是在一段时间ts 内，反向电流始终很大，二极管并不关断。经过ts后, 反向电流才逐渐变小，再经过tf 时间, 二极管的电流才成为(- Io)，ts 称为储存时间，tf 称为下降时间。tr= ts+ tf 称为反向恢复时间，以上过程称为反向恢复过程。这实际上是由电荷存储效应引起的，反向恢复时间就是存储电荷耗尽所需要的时间。该过程使二极管不能在快速连续脉冲下当做开关使用。如果反向脉冲的持续时间比tr 短，则二极管在正、反向都可导通，起不到开关作用。 首先进行测试的高压二极管HVM12，其外形实物图如下图所示，使用DI-10mA进行测试，它可以测试高压快恢复二极管、高压整流二极管、倍压高压二极管。它可以测试二极管反向电流峰值50mA，二极管正向电流10mA ，测量精度5nS，测试的过程中不必担心二极管接反的问题。 图1 二极管实物及恢复特性
以上波形是DI-10mA把偏置电压设置到100V测试的结果，综上可以看出，二极管正向导通电流：4.8mA，二极管反向恢复电流：60mA，二极管反向恢复电流斜率：10mA/uS，二极管反向恢复时间：2.54uS。这个器件是一个工频整流器件，反向恢复时间非常长，不适合用于高频整流的场合，所测试的参数，基本上是满足器件要求的，应用时应该没有什么太大的问题。
接着使用DI-10mA测试另外一个高压二极管，二极管外形实物图如下图所示： 图7 高压二极管实物 以上波形是DI-10mA把偏置电压设置到100V测试的结果，综上可以看出，二极管正向导通电流：3.84mA，二极管反向恢复电流：7.68mA，二极管反向恢复电流斜率：6.6mA/uS，二极管反向恢复时间：144nS。这个器件是一个高频整流器件，可用于高频整流的场合。
整流二极管
整流二极管 整流二极管是一种能够将交流电能转化成为直流电能的半导体器件，整流二极管具有明显的单向导电性，是一种大面积的功率器件，结电容大，工作频率较低，一般在几十千赫兹，反向电压从25V到3000V. 硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好，通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造，这种器件结面积大，能通过较大电流（通常可以达到数千安），但工作频率不高，一般在几十千赫兹以下，整流二极管主要用于各种低频整流电路。 整流二极管的常用参数 （1）最大平均整流电流IF：指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。该电流由PN 结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值，并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A。（2）最高反向工作电压VR：指二极管两端允许
施加的最大反向电压。若大于此值，则反向电流(IR)剧增，二极管的单向导电性被破坏，从而引起反向击穿。通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。例如1N4001的VR为50V，1N4007的VR 为1OOOV （3）最大反向电流IR：它是二极管在最高反向工作电压下允许流过的反向电流，此参数反映了二极管单向导电性能的好坏。因此这个电流值越小，表明二极管质量越好。 （4）击穿电压VR：指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。反向为软特性时，则指给定反向漏电流条件下的电压值。 （5）最高工作频率fm：它是二极管在正常情况下的最高工作频率。主要由PN结的结电容及扩散电容决定，若工作频率超过fm，则二极管的单向导电性能将不能很好地体现。例如1N4000系列二极管的fm为3kHz。 （6）反向恢复时间tre：指在规定的负载、正向电流及最大反向瞬态电压下的反向恢复时间。（7）零偏压电容CO：指二极管两端电压为零时，扩散电容及结电容的容量之和。值得注意的是，由于制造工艺的限制，即使同一型号的二极管其
肖特基二极管和快恢复二极管又什么区别 快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多采用掺金措施，结构上有采用PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100纳秒以下。 肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，简称肖特基二极管(Schottky Barrier Diode），具有正向压降低（0.4--0.5V）、反向恢复时间很短（10-40纳秒），而且反向漏电流较大，耐压低，一般低于150V，多用于低电压场合。 这两种管子通常用于开关电源。 肖特基二极管和快恢复二极管区别：前者的恢复时间比后者小一百倍左右，前者的反向恢复时间大约为几纳秒~！ 前者的优点还有低功耗，大电流，超高速~！电气特性当然都是二极管阿~！ 快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件. 肖特基二极管：反向耐压值较低40V-50V，通态压降0.3-0.6V，小于10nS的反向恢复时间。它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且，MIS（金属－绝缘体－半导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。 快恢复二极管：有0.8-1.1V的正向导通压降，35-85nS的反向恢复时间，在导通和截止之间迅速转换，提高了器件的使用频率并改善了波形。快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件
整流二极管型号整流二极管型号大全上网时间: 2010-12-01整流二极管型号整流二极管型号大全 05Z6.2Y硅稳压二极管Vz=6~6.35V,Pzm=500mW, 05Z7.5Y硅稳压二极管Vz=7.34~7.70V,Pzm=500mW, 05Z13X硅稳压二极管Vz=12.4~13.1V,Pzm=500mW, 05Z15Y硅稳压二极管Vz=14.4~15.15V,Pzm=500mW, 05Z18Y硅稳压二极管Vz=17.55~18.45V,Pzm=500mW, 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 常用整流二极管型号大全 极管型号:4148 安装方式:贴片功率特性:大功率 二极管型号:SA5.0A/CA-SA170A/CA安装方式:直插 二极管型号:IN4007/IN4001 安装方式:直插功率特性:小功率频率特性:低频 二极管型号:70HF80 安装方式:螺丝型功率特性:大功率频率特性:高频 二极管型号:MRA4003T3G 安装方式:贴片 二极管型号:1SS355 安装方式:贴片功率特性:大功率 二极管型号6A10安装方式:直插功率特性:大功率;型号:2DHG型安装方式:直插功率特性:大功率 二极管型号B5G090L安装方式:直插功率特性:小功率频率特性:超高频
第1章半导体二极管及其基本电路 教学内容与要求 本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。教学内容与教学要求如表所示。要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。主要掌握半导体二极管在电路中的应用。 表第1章教学内容与要求 内容提要 1.2.1半导体的基础知识 1．本征半导体 高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。 本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差， 2．杂质半导体 (1)N型半导体本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N型半导体，N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。N型半导体呈电中性。 (2) P型半导体本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P型半导体。P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。P型半导体呈电中性。 在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。 1.2.2 PN结及其特性
1．PN 结的形成 在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N 型半导体，另一边形成P 型半导体，在P 型区和N 型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。PN 结是构成其它半导体器件的基础。 2．PN 结的单向导电性 PN 结具有单向导电性。外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。 3. PN 结的伏安特性 PN 结的伏安特性： )1(T S -=U U e I I 式中，U 的参考方向为P 区正，N 区负，I 的参考方向为从P 区指向N 区；I S 在数值上等于反向饱和电流；U T =KT /q ，为温度电压当量，在常温下，U T ≈26mV 。 (1) 正向特性 0>U 的部分称为正向特性，如满足U ??U T ，则T S U U e I I ≈，PN 结的正向电流I 随正向电压U 按指数规律变化。 (2) 反向特性 0>，则S I I -≈，反向电流与反向电 压的大小基本无关。 (3) 击穿特性 当加到PN 结上的反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增加，这种现象称为PN 结反向击穿，击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。 4. PN 结的电容效应 PN 结的结电容C J 由势垒电容C B 和扩散电容C D 组成。C B 和C D 都很小，只有在信号频率较高时才考虑结电容的作用。当PN 结正向偏置时，扩散电容C D 起主要作用，当PN 结反向偏置时，势垒电容C B 起主要作用。 1.2.3 半导体二极管 1. 半导体二极管的结构和类型 半导体二极管是由PN 结加上电极引线和管壳组成。 二极管种类很多，按材料来分，有硅管和锗管两种；按结构形式来分，有点接触型、面接触型和硅平面型几种。 2. 半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的伏安特性是指二极管两端的电压u D 和流过二极管的电流i D 之间的关系。它的伏安特性与PN 结的伏安特性基本相同，但又有一定的差别。在近似分析时，可采用PN 结的伏安特性来描述二极管的伏安特性。 3. 温度对二极管伏安特性的影响 温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，温度每升高1o C ，PN 结的正向压降约减小（2~）mV 。 二极管的反向特性曲线随温度的升高将向下移动。当温度每升高10 o C 左右时，反向饱和电流将加倍。 4. 半导体二极管的主要参数 二极管的主要参数有：最大整流电流I F ；最高反向工作电压U R ；反向电流I R ；最高工作频率f M 等。由于制造工艺所限，即使同一型号的管子，参数也存在一定的分散性，因此手册上往往给出的是参数的上限值、下限值或范围。 5. 半导体二极管的模型 常用的二极管模型有以下几种：
二极管的反向恢复过程 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
二极管的反向恢复过程 一、二极管的反向恢复过程 二、在下图的电路中V上输入如下的电压波形：则二极管上的电流波形如下： 可以看到，当通入正向电压时，二极管导通，二极管上的电流为I1，当通入的电压突然反向时，二极管上的电流也瞬间反向了，随后才变小，进而进入反向截止状态。这个现象就叫二极管的反向恢复。反向电流保持不变的这段时间称为储存时间ts，反向电流由I2下降到0.1I2所需的时间称为下降时间tf。储存时间和下降时间之和（ts+tf）称为反向恢复时间。二极管反向截止后还存在的电流被称为二极管的反向漏电流IR。 二、二极管反向恢复现象的解释 在二极管的PN节上，当外加正向电压时，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，这样，不仅使势垒区（耗尽区）变窄，而且使载流子有相当数量的存储，在Ｐ区内存储了电子，而在Ｎ区内存储了空穴，它们都是非平衡少数载流子，如下图所示。 空穴由Ｐ区扩散到Ｎ区后，并不是立即与Ｎ区中的电子复合而消失，而是在一定的路程LP（扩散长度）内，一方面继续扩散，一方面与电子复合消失，这样就会在LP范围内存储一定数量的空穴，并建
立起一定空穴浓度分布，靠近结边缘的浓度最大，离结越远，浓度越小。正向电流越大，存储的空穴数目越多，浓度分布的梯度也越大。电子扩散到Ｐ区的情况也类似，下图为二极管中存储电荷的分布。 我们把正向导通时，非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。 当输入电压突然由正向变为反向时Ｐ区存储的电子和Ｎ区存储的空穴不会马上消失，但它们将通过下列两个途径逐渐减少： ①在反向电场作用下，Ｐ区电子被拉回Ｎ区，Ｎ区空穴被拉回Ｐ区，形成反向漂移电流IR，如下图所示； ②与多数载流子复合。 在这些存储电荷消失之前，ＰＮ结仍处于正向偏置，即势垒区仍然很窄，ＰＮ结的电阻仍很小，与电路中的负载电阻相比可以忽略，所以此时反向电流IR=（反向电压VR＋VD）/负载电阻RL。VD表
二极管主要有p-n结二极管和Schottky二极管两大类，它们的重要特点就是具有单向导电性。二极管的应用很广泛，它能够把交流信号转变为各种特殊波形的信号，例如可用于整流（半波整流、全波整流）、限幅、钳位、检波（解调）等。 二极管的单向导电性就体现在正向电阻很小、反向电阻很大这一特性上。从应用的角度来看，与二极管单向导电性直接有关的基本性能参量是整流比和整流效率（要受到击穿电压的限制）。而二极管在交流工作时的单向导电性，还与工作频率有关。 （1）p-n结二极管的整流比： 二极管的整流比就是其反向电压下的电阻与正向电压下的电阻之比。整流比的大小是二极管单向导电性的直接表现，应该越大越好。 对p-n结二极管，在电压不是很低、并忽略串联电阻和复合中心产生电流的影响时，则根据指数式的伏安特性关系，可容易求出二极管的正向直流电阻RF、反向直流电阻RR、正向交流电阻rF、和反向交流电阻rR（小信号交流电阻就是伏安特性曲线上某点切线斜率的倒数），分别如下： 正向直流电阻 正向交流电阻 反向直流电阻 反向交流电阻 从而，二极管的直流整流比和交流整流比分别为：
直流整流比 交流整流比 式中的VF和IF分别是正向电压和正向电流，VR和IR分别是反向电压和反向电流，IS是反向饱和电流（忽略了复合中心的产生电流），m是理想因子 （m=1～2）。 可见：①适当提高正向电压VF和正向电流IF，可增大直流和交流的整流比； ②提高反向电压VR，也将有利于增大直流和交流的整流比；③降低反向饱和电 流IS，将有利于增大交流整流比。 【注】这里的“交流”，是指低频小信号情况。在高频小信号情况下，因为p-n结电容的影响，将使反向交流电阻（阻抗）变小，单向导电性变差，并导致二极管的整流比下降。所以，高频工作的二极管的电容应该越小越好。 （2）p-n结二极管的整流效率： 二极管的整流效率也称为检波效率，要求越高越好。 对于二极管整流或检波回路，当输入正弦波电压时，即可输出直流电压， 则二极管的整流效率h就定义为： 二极管整流效率的测量：可以采用图1所示的电路来进行测量，其中二极管的输入交流电压峰值为Vsig，输出的回路是并联的电阻RL和电容CL；若输出直流电压为Vo，则可以按照下式来求出整流效率：
6.012微电子器件和电路 第8讲——双极型晶体管基础——大纲 z通告： 下发资料—讲义的大纲和摘要；考试：十月八日，下午7：30-9：30 p-n二极管，PS#4 z复习/二极管模型总结 指数二极管： i D(v AB) = I S (e qvAB/kT-1) I S=A q n i2[(D h/N Dn w n*) + (D e/N Ap w p*)] 短对长基二极管：有效的二极管的长度。 观察：饱和电流，I S，随着掺杂水平的升高而下降。 扩散电荷储存；扩散电容： 准中性区过剩载流子与电荷储存 全部的电荷与电压和电流；增量电容 z双极型晶体管工作原理和建模 双极晶体管的结构 1.肉眼观察载流子的流量 2．控制功能 3．设计目的 工作在放大区， p-n 结偏置电压：过剩的少数载流子（扩散电荷）存储
过剩的少数载荷子存储；扩散电容； 以一个掺杂不均匀的p-n二极管为例 在n区储存的电荷（空穴和电子） 扩散电荷储存，n区 请注意储存的正电荷（过量的空穴）和储存的负电荷（过量的电子）在空间上占用相同的体积。(在 x =x n和x = w n之间)! 储存的电荷取决与V AB（非线性）。就象我们在耗尽电荷储存情况下所做的一样,我们定义一个增量线性等效扩散电容，C df (V AB)，因为： 扩散电容，内容：
写出扩散电容，I D: 与C dfF比较我们发现： 注意器件的横截面积，A,没有明确地出现在最后的表达式中。仅仅是总电流！ 比较电荷储存和小信号线性等效电容：
平行板电容器 损尽层电荷储存 QNR区域扩散电荷储存 注意：前面的偏压即V AB>>KT/q处有效。 双极晶体管：工作原理和模型