雖然二極管是一個簡單器件,但它卻有許多值得考慮的特性。這些特性通常取決于應用,其中一些應用包括:整流器、信號線或、晶體管關閉、續流(電感器和電機)等,當然還有專用功能如 LED 和基準電壓。
二極管正如其三角形符號所表示的,只能在一個方向上傳輸電流,在相反方向則會阻止電流及電壓。該理論是基于半導體結和摻雜區域的取向。其中最基本的是PN結二極管。
圖1:基本二極管符號、組成、封裝圖和圖形。(圖片來源:《電子和電氣工程師指南》)
二極管偏置,將通過一個較低的正向壓降“自動”傳輸電流——PN結二極管的典型壓降值為0.7V,肖特基二極管的典型值為0.3V。工作是在第一象限,其中電壓和電流均為正,而第四象限是阻斷電壓及所產生的漏電流。大多數功耗都是根據這兩個工作點計算的。然而,二極管的快速開關也會引起功耗,其表現形式為在開關期間出現的電壓和電流。
圖2:開通波形。(圖片來源:Vishay)
圖3:關斷波形。(來源:Vishay)
反向恢復也會引起功耗,這與SiC等新型半導體材料的技術發展有關。有許多不同類型的半導體材料用于二極管,包括GaN和GaAs。它們針對不同的需求而有相應的優勢,比如更快的恢復時間、更高的阻斷電壓,以及更大的電流容量等。
圖4:反向恢復時間比較。(圖片來源:Research Gate)
因為這些半導體是基于能隙原理工作,所以二極管產生的熱量會改變其特性。功耗會產生熱量,因此功耗Ptotal = Pconduction + Pblocking + Pturnoff + Pturnon。幸運的是,在關斷時間內,關斷損耗是均衡的。否則,由于產生的電壓和電流量,功耗可能變得非常明顯。
關于二極管的最后一個想法是,它們不是萬能的。二極管具有能量脈沖額定值,在周期性應用中會單次甚至重復吸收能量。了解這些限制以及對器件性能的影響可以避免許多令人頭疼的問題。為保險起見,最好是將二極管并聯或串聯使用,以便略微分散應力。與同類器件不同,其分配一般很好。