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          4常見問題
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          肖特基二極管和快恢復二極管有什么區別?


          肖特基二極管的基本原理是:在金屬(例如鉛)和半導體(N型硅片)的接觸面上,用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。肖特基與PN結的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長是:開關速度非??欤悍聪蚧謴蜁r間特別地短。因此,能制作開關二極管和低壓大電流整流二極管。

          肖特基二極管它是具有肖特基特性的“金屬半導體結”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除鎢材料外,還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導體材料采用硅或砷化鎵,多為型半導體。這種器件是由多數載流子導電的,所以,其反向飽和電流較以少數載流子導電的PN結大得多。由于肖特基二極管中少數載流子的存貯效應甚微,所以其頻率響僅為RC時間常數限制,因而,它是高頻和快速開關的理想器件。其工作頻率可達100GHz。并且,MIS(金屬-絕緣體-半導體)肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發光二極管。

          肖特基二極管利用金屬與半導體接觸所形成的勢壘對電流進行控制。它的主要特點是具有較低的正向壓降(0.3V至0.6V);另外它是多子參與導電,這就比少子器件有更快的反應速度。肖特基二極管常用在門電路中作為三極管集電極的箝位二極管,以防止三極管因進入飽和狀態而降低開關速度。

          肖特基勢壘二極管反向恢復時間極短(可以小到幾納秒),正向導通壓降僅0.4V左右,而整流電流卻可達到幾千安培。這些優良特性是快恢復二極管所無法比擬的。肖特基整流管的結構原理與PN結整流管有很大的區別,通常將PN結整流管稱作結整流管,而把金屬-半導管整流管叫作肖特基整流管,近年來,采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世,這不僅可節省貴金屬,大幅度降低成本,還改善了參數的一致性,肖特基整流管僅用一種載流子(電子)輸送電荷,在勢壘外側無過剩少數載流子的積累,因此,不存在電荷儲存問題(Qrr→0),使開關特性獲得時顯改善。其反向恢復時間已能縮短到10ns以內。但它的反向耐壓值較低,一般不超過去時100V。因此適宜在低壓、大電流情況下工作。利用其低壓降這特點,能提高低壓、大電流整流(或續流)電路的效率 。

          快恢復二極管是指反向恢復時間很短的二極管(5us以下),工藝上多采用摻金措施,結構上有采用PN結型結構,有的采用改進的PIN結構。其正向壓降高于普通二極管(1-2V),反向耐壓多在1200V以下。

          從性能上可分為快恢復和超快恢復兩個等級。前者反向恢復時間為數百納秒或更長,后者則在100納秒以下,快恢復二極管在制造工藝上采用摻金,單純的擴散等工藝,可獲得較高的開關速度,同時也能得到較高的耐壓.目前快恢復二極管主要應用在逆變電源中做整流元件. 快恢復二極管具有開關特性好,反向恢復時間短、正向電流大、體積小、安裝簡便等優點。 超快恢復二極管SRD則是在快恢復二極管基礎上發展而成的,其反向恢復時間trr值已接近于肖特基二極管的指標。它們可廣泛用于開關電源、脈寬調制器(PWM)、不間斷電源(UPS)、交流電動機變頻調速(VVVF)、高頻加熱等裝置中,作高頻、大電流的續流二極管或整流管,是極有發展前途的電力、電子半導體器件。

          反向恢復時間,什么是反向恢復時間?當外加二極管的電壓瞬間從正向轉到反向時,流經器件的電流并不能相應地瞬間從正向電流轉換為反向電流.此時,正向注入的少數載流子(空穴)被空間電荷區的強電場抽取,由于這些空穴的密度高于基區平衡空穴密度,因而在反向偏置瞬間將產生一個遠大于反向漏電流的反向電流,即反向恢復電流IRM.與此同時,符合過程的強化也在加速這些額外載流子密度的下降,直到基區中積累的額外載流子的完全消失,反向電流才下降并穩定到反向漏電流.整個過程所經歷的時間為反向恢復時間. 反向恢復時間trr的定義是:電流通過零點由正向轉換到規定低值的時間間隔。它是衡量高頻續流及整流器件性能的重要技術指標。反向恢復電流IF為正向電流,IRM為最大反向恢復電流。 Irr為反向恢復電流,通常規定Irr=0.1IRM。當t≤t0時,正向電流I=IF。當t>t0時,由于整流器件上的正向電壓突然變成反向電壓,因此正向電流迅速降低,在t=t1時刻,I=0。然后整流器件上流過反向電流IR,并且IR逐漸增大;在t=t2時刻達到最大反向恢復電流IRM值。此后受正向電壓的作用,反向電流逐漸減小,并在t=t3時刻達到規定值Irr。從t2到t3的反向恢復過程與電容器放電過程有相似之處。

          快恢復、超快恢復二極管的結構特點 快恢復二極管的內部結構與普通二極管不同,它是在P型、N型硅材料中間增加了基區I,構成P-I-N硅片。由于基區很薄,反向恢復電荷很小,不僅大大減小了trr值,還降低了瞬態正向壓降,使管子能承受很高的反向工作電壓??旎謴投O管的反向恢復時間一般為幾百納秒,正向壓降約為0.6V,正向電流是幾安培至幾千安培,反向峰值電壓可達幾百到幾千伏。超快恢復二極管的反向恢復電荷進一步減小,使其trr可低至幾十納秒。 20A以下的快恢復及超快恢復二極管大多采用TO-220封裝形式。測量反向恢復時間,由直流電流源供規定的IF,脈沖發生器經過隔直電容器C加脈沖信號,利用電子示波器觀察到的trr值,即是從I=0的時刻到IR=Irr時刻所經歷的時間。 設器件內部的反向恢電荷為Qrr,有關trr≈2Qrr/IRM可知,當IRM為一定時,反向恢復電荷愈小,反向恢復時間就愈短。

          常規檢測方法 在業余條件下,利用萬用表能檢測快恢復、超快恢復二極管的單向導電性,以及內部有無開路、短路故障,并能測出正向導通壓降。若配以兆歐表,還能測量反向擊穿電壓。實例:測量一只超快恢復二極管,其主要參數為:trr=35ns,IF=5A,IFSM=50A,VRM=700V。將萬用表撥至R×1檔,讀出正向電阻為6.4?,n′=19.5格;反向電阻則為無窮大。 進一步求得VF=0.03V/格×19.5=0.585V。證明管子是好的。

          注意事項:

          1)有些單管,共三個引腳,中間的為空腳,一般在出廠時剪掉,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)測正向導通壓降時,必須使用R×1檔。若用R×1k檔,因測試電流太小,遠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×1k檔測量,正向電阻就等于2.2k?,此時n′=9格。由此計算出的VF值僅0.27V,遠低于正常值(0.6V)??旎謴投O管的恢復時間是200-500ns超快速二極管的恢復時間是30-100。

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