1.稳压二极管Zener
如图2-1所示,稳压二极管Zener利用了PN结的反向特性,当提高PN结二极管的反向电压时,大电流在一定的电压下开始流动,并得到恒定的电压。(这种现象称为击穿,其电压称为击穿电压)稳压二极管利用了这一特性。由于这种击穿电压也被称为齐纳电压,所以稳压二极管也被称为齐纳二极管,该电压可用作恒压电源或电子电路的参考电压。
图2-1:TVS和Zener的I-V曲线
对于齐纳二极管应用最重要的是反向偏置时的特性,其中齐纳二极管具有低于特定击穿电压的小泄漏电流,在击穿电压以上,I-V特性显示电流急剧增加。齐纳二极管可以在击穿电压VZ或高于击穿电压VZ时作为电压稳定器持续工作。一般情况下,举个例子,当电压小于或等于6V时,会观察到齐纳现象,如果电压超过6V,雪崩现象将超过齐纳现象成为主导。齐纳电压和雪崩电压具有不同的温度特性,前者的温度系数为负,后者的温度系数为正。
2.TVS二极管和齐纳二极管之间的差异
TVS二极管(ESD保护二极管)在短时间内吸收很高的过电压,其作用是避免对其它半导体器件施加过大的电压。另一方面,如图2-2所示,齐纳二极管将输入电压钳位为恒定电压,并将钳制的电压提供给其它半导体器件。因此两者的差异在于,TVS二极管吸收浪涌电压以保护其它半导体器件,而齐纳二极管为其它半导体器件提供恒定电压,这两个二极管都具有箝位特定电压的功能,但它们用途不同。
图2-2:TVS和Zener的效能
TVS二极管通常在反向阻断状态下使用,(几乎没有电流流动,只施加电压)只有当电压超过一定电压(钳位电压)并施加到TVS二极管时,才会发生击穿(钳位),齐纳二极管通常用于击穿状态,假设击穿(齐纳)电流总是在正常状态下流动。
3.变容二极管
图2-3表示了变容二极管的特性,可变电容二极管是利用耗尽层电容特性的产品,当施加反向电压时,耗尽层出现在二极管的PN结中,其厚度与反向电压成正比。因此随着反向电压的增加,耗尽层厚度增加,但电容减小,其作用与增加电容器两个电极之间的距离相同。相反,如果反向电压减小,耗尽层厚度减小,但电容增加。变容二极管主要应用于调谐电路等。由于这种电容变化会改变频率特性,因此与普通二极管相比,需要较大的电容变化率。
图2-3:可变电容二极管耗尽层与电容的关系
可变电容二极管与一般二极管不同,其重要特性不是正向电压VF和开关特性,而是电容值及其变化(取决于电压)。
4.肖特基势垒二极管(SBD)
肖特基二极管,全称肖特基势垒二极管,肖特基势垒二极管(SBD)是一种采用半导体和金属(比如:钼)结合,而不是采用PN结的器件。一般来说,金属与N型层结合的半导体已经实现了商业化,由于其正向电压小,反向恢复时间短,所以适合于高速开关应用。对于SBD而言,正向电压(VF)和反向漏电流之间存在折衷关系。根据所使用的金属,通常来说反向耐受电压约为20至150V,VF约为0.4至0.7V,低于PN结二极管的值,具有低正向电压和低泄漏电流的新型结构的SBD也已经实现商业化,图2-4示出了SBD的I-V曲线。
图2-4:SBD的I-V曲线
如图2-5所示,SBD的反向恢复时间(trr)由LC谐振电路根据结电容和外部接线的电感确定,(由于结电容几乎不受温度的影响,所以从室温到高温trr相同)对于PN结二极管而言,trr会随着温度的升高而变长,所以SBD的开关特性越来越具优越性,适合用于高频开关。
图2-5:反向电压施加于SBD时的等效电路和SBD结电容的特性
图2-6:SBD的典型反向特性
其中:
反向电流特性是阻尼振荡,对于SBD而言,半导体由N型层组成,因此金属充当二极管的阳极。同样地,只有电子是载流子,SBD变成了类似MOSFET的单极元件。硅的能级不同于金属(能隙),该能级因金属元素而异。符号ΦB用于表示不同的能隙。Pt(铂)是一种具有大能隙的金属,V(钒)或Ti(钛)是具有小能隙的金属,采用ΦB大的金属,泄漏电流小,但是正向电压VF大,采用ΦB小的金属,则情况相反。
图2-7:综合I-V曲线比较
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