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            二極管電路中檢測浪涌電流應用
            作者: 編輯: 來源: 發布日期: 2020.06.07
            信息摘要:
            二極管,(英語:Diode),電子元件當中,一種具有兩個電極的裝置,只允許電流由單一方向流過,許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極管(V…
              二極管,(英語:Diode),電子元件當中,一種具有兩個電極的裝置,只允許電流由單一方向流過,許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極管(Varicap Diode)則用來當作電子式的可調電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為"整流(Rectifying)"功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓),反向時阻斷 (稱為逆向偏壓)。因此,二極管可以想成電子版的逆止閥。
              早期的真空電子二極管;它是一種能夠單向傳導電流的電子器件。在半導體二極管內部有一個PN結兩個引線端子,這種電子器件按照外加電壓的方向,具備單向電流的傳導性。一般來講,晶體二極管是一個由p型半導體和n型半導體燒結形成的p-n結界面。在其界面的兩側形成空間電荷層,構成自建電場。當外加電壓等于零時,由于p-n 結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態,這也是常態下的二極管特性。
              早期的二極管包含"貓須晶體("Cat's Whisker" Crystals)"以及真空管(英國稱為"熱游離閥(Thermionic Valves)")?,F今最普遍的二極管大多是使用半導體材料如硅或鍺。
              正向性:
              外加正向電壓時,在正向特性的起始部分,正向電壓很小,不足以克服PN結內電場的阻擋作用,正向電流幾乎為零,這一段稱為死區。這個不能使二極管導通的正向電壓稱為死區電壓。當正向電壓大于死區電壓以后,PN結內電場被克服,二極管正向導通,電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內,導通時二極管的端電壓幾乎維持不變,這個電壓稱為二極管的正向電壓。當二極管兩端的正向電壓超過一定數值 ,內電場很快被削弱,特性電流迅速增長,二極管正向導通。 叫做門坎電壓或閾值電壓,硅管約為0.5V,鍺管約為0.1V.硅二極管的正向導通壓降約為0.6~0.8V,鍺二極管的正向導通壓降約為0.2~0.3V.
              反向性:
              外加反向電壓不超過一定范圍時,通過二極管的電流是少數載流子漂移運動所形成反向電流。由于反向電流很小,二極管處于截止狀態。這個反向電流又稱為反向飽和電流或漏電流,二極管的反向飽和電流受溫度影響很大。一般硅管的反向電流比鍺管小得多,小功率硅管的反向飽和電流在nA數量級,小功率鍺管在μA數量級。溫度升高時,半導體受熱激發,少數載流子數目增加,反向飽和電流也隨之增加。
              擊穿:
              外加反向電壓超過某一數值時,反向電流會突然增大,這種現象稱為電擊穿。引起電擊穿的臨界電壓稱為二極管反向擊穿電壓。電擊穿時二極管失去單向導電性。如果二極管沒有因電擊穿而引起過熱,則單向導電性不一定會被永久破壞,在撤除外加電壓后,其性能仍可恢復,否則二極管就損壞了。因而使用時應避免二極管外加的反向電壓過高。
              二極管是一種具有單向導電的二端器件,有電子二極管和晶體二極管之分,電子二極管因為燈絲的熱損耗,效率比晶體二極管低,所以現已很少見到,比較常見和常用的多是晶體二極管。二極管的單向導電特性,幾乎在所有的電子電路中,都要用到半導體二極管,它在許多的電路中起著重要的作用,它是誕生最早的半導體器件之一,其應用也非常廣泛。
              二極管的管壓降:硅二極管(不發光類型)正向管壓降0.7V,鍺管正向管壓降為0.3V,發光二極管正向管壓降會隨不同發光顏色而不同。主要有三種顏色,具體壓降參考值如下:紅色發光二極管的壓降為2.0--2.2V,黃色發光二極管的壓降為1.8-2.0V,綠色發光二極管的壓降為3.0-3.2V,正常發光時的額定電流約為20mA.
              二極管的電壓與電流不是線性關系,所以在將不同的二極管并聯的時候要接相適應的電阻。
              特性曲線:
              與PN結一樣,二極管具有單向導電性。硅二極管典型伏安。
              在二極管加有正向電壓,當電壓值較小時,電流極??;當電壓超過0.6V時,電流開始按指數規律增大,通常稱此為二極管的開啟電壓;當電壓達到約0.7V時,二極管處于完全導通狀態,通常稱此電壓為二極管的導通電壓,用符號UD表示。
              對于鍺二極管,開啟電壓為0.2V,導通電壓UD約為0.3V.在二極管加有反向電壓,當電壓值較小時,電流極小,其電流值為反向飽和電流IS.當反向電壓超過某個值時,電流開始急劇增大,稱之為反向擊穿,稱此電壓為二極管的反向擊穿電壓,用符號UBR表示。不同型號的二極管的擊穿電壓UBR值差別很大,從幾十伏到幾千伏齊納擊穿:
              反向擊穿按機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種情況。在高摻雜濃度的情況下,因勢壘區寬度很小,反向電壓較大時,破壞了勢壘區內共價鍵結構,使價電子脫離共價鍵束縛,產生電子-空穴對,致使電流急劇增大,這種擊穿稱為齊納擊穿。如果摻雜濃度較低,勢壘區寬度較寬,不容易產生齊納擊穿。
              雪崩擊穿:
              另一種擊穿為雪崩擊穿。當反向電壓增加到較大數值時,外加電場使電子漂移速度加快,從而與共價鍵中的價電子相碰撞,把價電子撞出共價鍵,產生新的電子-空穴對。新產生的電子-空穴被電場加速后又撞出其它價電子,載流子雪崩式地增加,致使電流急劇增加,這種擊穿稱為雪崩擊穿。無論哪種擊穿,若對其電流不加限制,都可能造成PN結永久性損壞。
              淺談二極管電路中檢測浪涌電流應用:
              對于電路來說,浪涌電流是非常影響整體運行效率的一個問題。設計者們想方設法的對浪涌電流進行規避,因此各種各樣的測試方法應運而生。在本文中,小編將為大家介紹一種二極管正向浪涌電流的測試基本電路。
              正弦半波脈沖電流的產生:
              二極管的規格繁多,常見的額定通態電流從數百毫安到數百安培甚至更高,IFSM測試需要的峰值脈沖電流要求達到數十倍的額定通態電流值。標準的測試方法是采用大容量工頻變壓器,截取市電交流波形來產生時間常數為10ms、導通角為0°~180°的正弦半波脈沖用這種方法產生幾百上千安培的正弦脈沖電流,所用到的變壓器體積重量都非??捎^,安裝與使用十分不便。一些國外公司的產品對浪涌沖擊電流波形有特殊要求,比如要求在正向整流電流的基礎上再加一個時間常數為10ms或8.3ms、導通角為0°~180°的正弦半波脈沖電流,或者要求施加連續兩個時間常數為10ms或8.3ms、導通角為0°~180°的正弦半波脈沖電流等。顯然再采用市電截取的方法,已經很難滿足不同器件的測試要求了。
              設計思路:
              大功率場效應管晶體管是一類標準的電壓控制電流器件,在VDMOS管的線性工作區內,漏極電流受柵極電壓控制:IDS=GFS*VGS.給柵極施加所需要的電壓波形,在漏極就會輸出相應的電流波形。因此,選用大功率VDMOS管適合用于實現所需的浪涌電流波形,運放組成基本的反向運算電路,驅動VDMOS管的柵極,漏源電流通過VDMOS管源極取樣電阻,加到運放反向輸入端,與輸入波形相加形成反饋,運放輸出電壓控制VDMOS管的柵極電壓VGS,進而控制漏極輸出電流IDS.這個IDS就是施加給待測二極管(DUT)的正向浪涌電流。
              單只VDMOS管的功率和電流放大能力是有限的,無法達到上千安培的輸出電流能力,采用多只并聯的方式可以解決這個問題,以達到所需要的峰值電流。常見的連接方法如圖3所示。
              在以上的內容中,本文對于各種浪涌電流沖擊測試的要求進行了介紹,并且測試所用的元器件都是常見的一些元器件。測試電路擁有體積小重量輕的特點,方便快速組合成測試儀器。在較不穩定環境中進行測量時的優勢較為明顯。

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