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二极管电路中检测浪涌电流应用
作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2020.06.07
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二极管,(英语:Diode),电子元件当中,一种具有两个电极的装置,只允许电流由单一方向流过,许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极管(V…
  二极管,(英语:Diode),电子元件当中,一种具有两个电极的装置,只允许电流由单一方向流过,许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极管(Varicap Diode)则用来当作电子式的可调电容器。大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为"整流(Rectifying)"功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过(称为顺向偏压),反向时阻断 (称为逆向偏压)。因此,二极管可以想成电子版的逆止阀。
  早期的真空电子二极管;它是一种能够单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子,这种电子器件按照外加电压的方向,具备单向电流的传导性。一般来讲,晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层,构成自建电场。当外加电压等于零时,由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态,这也是常态下的二极管特性。
  早期的二极管包含"猫须晶体("Cat's Whisker" Crystals)"以及真空管(英国称为"热游离阀(Thermionic Valves)")。现今最普遍的二极管大多是使用半导体材料如硅或锗。
  正向性:
  外加正向电压时,在正向特性的起始部分,正向电压很小,不足以克服PN结内电场的阻挡作用,正向电流几乎为零,这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后,PN结内电场被克服,二极管正向导通,电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内,导通时二极管的端电压几乎维持不变,这个电压称为二极管的正向电压。当二极管两端的正向电压超过一定数值 ,内电场很快被削弱,特性电流迅速增长,二极管正向导通。 叫做门坎电压或阈值电压,硅管约为0.5V,锗管约为0.1V.硅二极管的正向导通压降约为0.6~0.8V,锗二极管的正向导通压降约为0.2~0.3V.
  反向性:
  外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小,二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流,二极管的反向饱和电流受温度影响很大。一般硅管的反向电流比锗管小得多,小功率硅管的反向饱和电流在nA数量级,小功率锗管在μA数量级。温度升高时,半导体受热激发,少数载流子数目增加,反向饱和电流也随之增加。
  击穿:
  外加反向电压超过某一数值时,反向电流会突然增大,这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热,则单向导电性不一定会被永久破坏,在撤除外加电压后,其性能仍可恢复,否则二极管就损坏了。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。
  二极管是一种具有单向导电的二端器件,有电子二极管和晶体二极管之分,电子二极管因为灯丝的热损耗,效率比晶体二极管低,所以现已很少见到,比较常见和常用的多是晶体二极管。二极管的单向导电特性,几乎在所有的电子电路中,都要用到半导体二极管,它在许多的电路中起着重要的作用,它是诞生最早的半导体器件之一,其应用也非常广泛。
  二极管的管压降:硅二极管(不发光类型)正向管压降0.7V,锗管正向管压降为0.3V,发光二极管正向管压降会随不同发光颜色而不同。主要有三种颜色,具体压降参考值如下:红色发光二极管的压降为2.0--2.2V,黄色发光二极管的压降为1.8-2.0V,绿色发光二极管的压降为3.0-3.2V,正常发光时的额定电流约为20mA.
  二极管的电压与电流不是线性关系,所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻。
  特性曲线:
  与PN结一样,二极管具有单向导电性。硅二极管典型伏安。
  在二极管加有正向电压,当电压值较小时,电流极小;当电压超过0.6V时,电流开始按指数规律增大,通常称此为二极管的开启电压;当电压达到约0.7V时,二极管处于完全导通状态,通常称此电压为二极管的导通电压,用符号UD表示。
  对于锗二极管,开启电压为0.2V,导通电压UD约为0.3V.在二极管加有反向电压,当电压值较小时,电流极小,其电流值为反向饱和电流IS.当反向电压超过某个值时,电流开始急剧增大,称之为反向击穿,称此电压为二极管的反向击穿电压,用符号UBR表示。不同型号的二极管的击穿电压UBR值差别很大,从几十伏到几千伏齐纳击穿:
  反向击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。在高掺杂浓度的情况下,因势垒区宽度很小,反向电压较大时,破坏了势垒区内共价键结构,使价电子脱离共价键束缚,产生电子-空穴对,致使电流急剧增大,这种击穿称为齐纳击穿。如果掺杂浓度较低,势垒区宽度较宽,不容易产生齐纳击穿。
  雪崩击穿:
  另一种击穿为雪崩击穿。当反向电压增加到较大数值时,外加电场使电子漂移速度加快,从而与共价键中的价电子相碰撞,把价电子撞出共价键,产生新的电子-空穴对。新产生的电子-空穴被电场加速后又撞出其它价电子,载流子雪崩式地增加,致使电流急剧增加,这种击穿称为雪崩击穿。无论哪种击穿,若对其电流不加限制,都可能造成PN结永久性损坏。
  浅谈二极管电路中检测浪涌电流应用:
  对于电路来说,浪涌电流是非常影响整体运行效率的一个问题。设计者们想方设法的对浪涌电流进行规避,因此各种各样的测试方法应运而生。在本文中,小编将为大家介绍一种二极管正向浪涌电流的测试基本电路。
  正弦半波脉冲电流的产生:
  二极管的规格繁多,常见的额定通态电流从数百毫安到数百安培甚至更高,IFSM测试需要的峰值脉冲电流要求达到数十倍的额定通态电流值。标准的测试方法是采用大容量工频变压器,截取市电交流波形来产生时间常数为10ms、导通角为0°~180°的正弦半波脉冲用这种方法产生几百上千安培的正弦脉冲电流,所用到的变压器体积重量都非常可观,安装与使用十分不便。一些国外公司的产品对浪涌冲击电流波形有特殊要求,比如要求在正向整流电流的基础上再加一个时间常数为10ms或8.3ms、导通角为0°~180°的正弦半波脉冲电流,或者要求施加连续两个时间常数为10ms或8.3ms、导通角为0°~180°的正弦半波脉冲电流等。显然再采用市电截取的方法,已经很难满足不同器件的测试要求了。
  设计思路:
  大功率场效应管晶体管是一类标准的电压控制电流器件,在VDMOS管的线性工作区内,漏极电流受栅极电压控制:IDS=GFS*VGS.给栅极施加所需要的电压波形,在漏极就会输出相应的电流波形。因此,选用大功率VDMOS管适合用于实现所需的浪涌电流波形,运放组成基本的反向运算电路,驱动VDMOS管的栅极,漏源电流通过VDMOS管源极取样电阻,加到运放反向输入端,与输入波形相加形成反馈,运放输出电压控制VDMOS管的栅极电压VGS,进而控制漏极输出电流IDS.这个IDS就是施加给待测二极管(DUT)的正向浪涌电流。
  单只VDMOS管的功率和电流放大能力是有限的,无法达到上千安培的输出电流能力,采用多只并联的方式可以解决这个问题,以达到所需要的峰值电流。常见的连接方法如图3所示。
  在以上的内容中,本文对于各种浪涌电流冲击测试的要求进行了介绍,并且测试所用的元器件都是常见的一些元器件。测试电路拥有体积小重量轻的特点,方便快速组合成测试仪器。在较不稳定环境中进行测量时的优势较为明显。

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