1.穩(wěn)壓二極管Zener
如圖2-1所示,穩(wěn)壓二極管Zener利用了PN結的反向特性,當提高PN結二極管的反向電壓時,大電流在一定的電壓下開始流動,并得到恒定的電壓。(這種現(xiàn)象稱為擊穿,其電壓稱為擊穿電壓)穩(wěn)壓二極管利用了這一特性。由于這種擊穿電壓也被稱為齊納電壓,所以穩(wěn)壓二極管也被稱為齊納二極管,該電壓可用作恒壓電源或電子電路的參考電壓。
圖2-1:TVS和Zener的I-V曲線
對于齊納二極管應用最重要的是反向偏置時的特性,其中齊納二極管具有低于特定擊穿電壓的小泄漏電流,在擊穿電壓以上,I-V特性顯示電流急劇增加。齊納二極管可以在擊穿電壓VZ或高于擊穿電壓VZ時作為電壓穩(wěn)定器持續(xù)工作。一般情況下,舉個例子,當電壓小于或等于6V時,會觀察到齊納現(xiàn)象,如果電壓超過6V,雪崩現(xiàn)象將超過齊納現(xiàn)象成為主導。齊納電壓和雪崩電壓具有不同的溫度特性,前者的溫度系數(shù)為負,后者的溫度系數(shù)為正。
2.TVS二極管和齊納二極管之間的差異
TVS二極管(ESD保護二極管)在短時間內(nèi)吸收很高的過電壓,其作用是避免對其它半導體器件施加過大的電壓。另一方面,如圖2-2所示,齊納二極管將輸入電壓鉗位為恒定電壓,并將鉗制的電壓提供給其它半導體器件。因此兩者的差異在于,TVS二極管吸收浪涌電壓以保護其它半導體器件,而齊納二極管為其它半導體器件提供恒定電壓,這兩個二極管都具有箝位特定電壓的功能,但它們用途不同。
圖2-2:TVS和Zener的效能
TVS二極管通常在反向阻斷狀態(tài)下使用,(幾乎沒有電流流動,只施加電壓)只有當電壓超過一定電壓(鉗位電壓)并施加到TVS二極管時,才會發(fā)生擊穿(鉗位),齊納二極管通常用于擊穿狀態(tài),假設擊穿(齊納)電流總是在正常狀態(tài)下流動。
3.變?nèi)荻O管
圖2-3表示了變?nèi)荻O管的特性,可變電容二極管是利用耗盡層電容特性的產(chǎn)品,當施加反向電壓時,耗盡層出現(xiàn)在二極管的PN結中,其厚度與反向電壓成正比。因此隨著反向電壓的增加,耗盡層厚度增加,但電容減小,其作用與增加電容器兩個電極之間的距離相同。相反,如果反向電壓減小,耗盡層厚度減小,但電容增加。變?nèi)荻O管主要應用于調(diào)諧電路等。由于這種電容變化會改變頻率特性,因此與普通二極管相比,需要較大的電容變化率。
圖2-3:可變電容二極管耗盡層與電容的關系
可變電容二極管與一般二極管不同,其重要特性不是正向電壓VF和開關特性,而是電容值及其變化(取決于電壓)。
4.肖特基勢壘二極管(SBD)
肖特基二極管,全稱肖特基勢壘二極管,肖特基勢壘二極管(SBD)是一種采用半導體和金屬(比如:鉬)結合,而不是采用PN結的器件。一般來說,金屬與N型層結合的半導體已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化,由于其正向電壓小,反向恢復時間短,所以適合于高速開關應用。對于SBD而言,正向電壓(VF)和反向漏電流之間存在折衷關系。根據(jù)所使用的金屬,通常來說反向耐受電壓約為20至150V,VF約為0.4至0.7V,低于PN結二極管的值,具有低正向電壓和低泄漏電流的新型結構的SBD也已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化,圖2-4示出了SBD的I-V曲線。
圖2-4:SBD的I-V曲線
如圖2-5所示,SBD的反向恢復時間(trr)由LC諧振電路根據(jù)結電容和外部接線的電感確定,(由于結電容幾乎不受溫度的影響,所以從室溫到高溫trr相同)對于PN結二極管而言,trr會隨著溫度的升高而變長,所以SBD的開關特性越來越具優(yōu)越性,適合用于高頻開關。
圖2-5:反向電壓施加于SBD時的等效電路和SBD結電容的特性
圖2-6:SBD的典型反向特性
其中:
反向電流特性是阻尼振蕩,對于SBD而言,半導體由N型層組成,因此金屬充當二極管的陽極。同樣地,只有電子是載流子,SBD變成了類似MOSFET的單極元件。硅的能級不同于金屬(能隙),該能級因金屬元素而異。符號ΦB用于表示不同的能隙。Pt(鉑)是一種具有大能隙的金屬,V(釩)或Ti(鈦)是具有小能隙的金屬,采用ΦB大的金屬,泄漏電流小,但是正向電壓VF大,采用ΦB小的金屬,則情況相反。
圖2-7:綜合I-V曲線比較
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