二极管（3）二极管的关键参数

作者：朱晓明，文章来源：硬件十万个为什么

二极管的参数解释

常规参数：正向压降、反向击穿电压、连续电流、反向漏电等；

交流参数：开关速度、反向恢复时间、截止频率、阻抗、结电容等；

极限参数：最大耗散功率、工作温度、存贮条件、最大整流电流等。

一、常规参数

1、正向导通压降

压降：二极管的电流流过负载以后相对于同一参考点的电势（电位）变化称为电压降，简称压降。

导通压降：二极管开始导通时对应的电压。

正向特性：在二极管外加正向电压时，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。当正向电压大到足以克服PN结电场时，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升。

反向特性：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。反向电压增大到一定程度后，二极管反向击穿。

正向导通压降与导通电流的关系

在二极管两端加正向偏置电压时，其内部电场区域变窄，可以有较大的正向扩散电流通过PN结。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V)以后，二极管才能真正导通。但二极管的导通压降是恒定不变的吗?它与正向扩散电流又存在什么样的关系?通过下图1的测试电路在常温下对型号为SM360A的二极管进行导通电流与导通压降的关系测试，可得到如图2所示的曲线关系：正向导通压降与导通电流成正比，其浮动压差为0.2V。从轻载导通电流到额定导通电流的压差虽仅为0.2V，但对于功率二极管来说它不仅影响效率也影响二极管的温升，所以在价格条件允许下，尽量选择导通压降小、额定工作电流较实际电流高一倍的二极管。

　图1 二极管导通压降测试电路


图2 导通压降与导通电流关系

正向导通压降与环境的温度的关系

在我们开发产品的过程中，高低温环境对电子元器件的影响才是产品稳定工作的最大障碍。环境温度对绝大部分电子元器件的影响无疑是巨大的，二极管当然也不例外，在高低温环境下通过对SM360A的实测数据表1与图3的关系曲线可知道：二极管的导通压降与环境温度成反比。在环境温度为-45℃时虽导通压降最大，却不影响二极管的稳定性，但在环境温度为75℃时，外壳温度却已超过了数据手册给出的125℃，则该二极管在75℃时就必须降额使用。这也是为什么开关电源在某一个高温点需要降额使用的因素之一。

　表 1 导通压降与导通电流测试数据




　图3 导通压降与环境温度关系曲线

2、最大正向电流IF

这个值通常称为最大正向电流（IF）。它表示二极管在正向偏置状态下能够安全地承受的最大电流。这个数值取决于二极管的类型、封装和制造工艺等因素。因此，您需要查阅特定型号的二极管的数据手册，以获取准确的最大整流电流值。

IF是指二极管长期连续工作时，允许通过的最大正向平均电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。

二极管材料：不同的半导体材料具有不同的载流子迁移率和热特性，从而影响了二极管的最大整流电流。例如，硅(Si)和锗(Ge)是常见的二极管材料，它们具有不同的电学特性。

二极管结构：二极管的结构包括PN结的设计、掺杂和封装等。这些因素会影响二极管的电流承受能力和散热性能。

温度：温度对二极管的性能具有显著影响。随着温度的升高，二极管的导通特性可能会发生变化，因此，最大整流电流通常在特定温度范围内给出。

散热设计：二极管的工作温度受到其周围环境和散热设计的影响。良好的散热设计可以帮助降低二极管的工作温度，从而提高其最大整流电流。

封装类型：不同类型的封装（例如TO-220、SMD、DO-41等）具有不同的散热能力和电流承受能力，因此会影响最大整流电流的数值。

因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为141左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下，二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如，常用的IN4001－4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。

3、最高反向工作电压Udrm

加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。

最高反向工作电压（Udrm）是指二极管在反向偏置状态下能够安全工作的最大电压。它是二极管的关键参数之一，对于确保二极管在实际应用中的稳定性和可靠性至关重要。

以下是影响最高反向工作电压的几个因素：

PN结设计：PN结的设计影响了二极管的击穿电压。击穿电压是指在反向偏置状态下，当反向电压超过一定值时，PN结会发生击穿并导致电流快速增加的现象。合理设计PN结可以提高二极管的击穿电压，从而提高最高反向工作电压。

材料特性：二极管材料的特性也会影响最高反向工作电压。例如，硅二极管通常具有比锗二极管更高的击穿电压，因此可以承受更高的反向电压。

温度效应：温度对二极管的击穿电压和漏电流有显著影响。在高温下，二极管的击穿电压可能会降低，因此在设计中需要考虑工作温度范围内的最大反向工作电压。

封装和结构：二极管的封装和结构也会影响其最高反向工作电压。良好的封装和结构设计可以提供更好的电场分布和击穿电压分布，从而提高最高反向工作电压。

4、反向电流Idrm

反向电流是指二极管在常温（25℃）和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10℃，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25℃时反向电流若为250uA，温度升高到35℃，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75℃时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25℃时反向电流仅为5uA，温度升高到75℃时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

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。

二极管漏电流与反向电压的关系

在二极管两端加反向电压时，其内部电场区域变宽，有较少的漂移电流通过PN结，形成我们所说的漏电流。漏电流也是评估二极管性能的重要参数，二极管漏电流过大不仅使其自身温升高，对于功率电路来说也会影响其效率，不同反向电压下的漏电流是不同的，关系如图4所示：反向电压愈大，漏电流越大，在常温下肖特基管的漏电流可忽略。

图4 反向电压与漏电流关系曲线

二极管漏电流与环境温度的关系

其实对二极管漏电流影响最大的还是环境温度，下图5是在额定反压下测试的关系曲线，从中可以看出：温度越高，漏电流越大。在75℃后成直线上升，该点的漏电流是导致二极管外壳在额定电流下达到125℃的两大因素之一，只有通过降额反向电压和正向导通电流才能降低二极管的工作温度。

图5 漏电流与环境温度关系曲线

5、稳压电压温度系数αuz

αuz指温度每升高一摄氏度时的稳定电压的相对变化量。uz为6v左右的稳压二极管的温度稳定性较好。

稳压电压温度系数是指稳压器件（如稳压二极管或稳压器件）的输出电压随温度变化而变化的速率。它通常以ppm/°C（百万分之一每摄氏度）或mV/°C（毫伏每摄氏度）为单位表示。

二、最大额定值　——极限参数

1、最大反向峰值电压VRM 

即使没有反向电流,只要不断地提高反向电压,迟早会使二极管损坏。这种能加上的反向电压,不是瞬时电压,而是反复加上的正反向电压。因给整流器加的是交流电压,它的最大值是规定的重要因子。　　

2、最大直流反向电压VR 

上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压,VR是连续加直流电压时的值。用于直流电路,最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的。　

3、最大浪涌电流Isurge　　

允许流过的过量的正向电流。它不是正常电流,而是瞬间电流,这个值相当大。　

4、最大平均整流电流IO　　

在半波整流电路中,流过负载电阻平均整流电流的最大值。这是设计时非常重要的值。　

5、最大交流输入电压VI　　

在半波整流电路(电阻负荷)上加的正弦交流电压的有效值。这也是选择整流器时非常重要的参数。最大峰值正向电流IFM 正向流过的最大电流值,这也是设计整流电路时的重要参数。　　

6、最大功率P　　

二极管中有电流流过,就会吸热,而使自身温度升高。最大功率P为功率的最大值。具体讲就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流。这个极限参数对稳压二极管,可变电阻二极管显得特别重要。　　

7、反向电流IR　　

一般说来,二极管中没有反向电流流过,实际上,加一定的反向电压,总会有电流流过,这就是反向电流。不用说,好的二极管,反向电流较小。　　

8、反向恢复时间tre 

指在规定的负载、正向电流及最大反向瞬态电压下的反向恢复时间。从正向电压变成反向电压时,理想情况是电流能瞬时截止,实际上,一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量,就是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度,但不一定说这个值小就好。

9、IF— 最大平均整流电流。 

指二极管工作时允许通过的最大正向平均电流。该电流由PN结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值，并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A。

10、VR— 最大反向工作电压。 

指二极管两端允许施加的最大反向电压。若大于此值，则反向电流(IR)剧增，二极管的单向导电性被破坏，从而引起反向击穿。通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。例如1N4001的VR为50V，1N4007的VR为1OOOV.

11、  IR— 反向电流。 

指二极管未击穿时反向电流值。温度对IR的影响很大。例如1N4000系列二极管在100°C条件IR应小于500uA;在25°C时IR应小于5uA。 

12、   VR— 击穿电压。 

指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。反向为软特性时，则指给定反向漏电流条件下的电压值。 

三、交流参数

1、  CO— 零偏压电容。 

指二极管两端电压为零时，扩散电容及结电容的容量之和。值得注意的，由于制造工艺的限制，即使同一型号的二极管其参数的离散性也很大。手册中给出的参数往往是一个范围，若测试条件改变，则相应的参数也会发生变化，例如在25°C时测得1N5200系列硅塑封整流二极管的IR小于1OuA，而在 100°C时IR则变为小于500uA。

我们知道二极管具有容易从P型向N型半导体通过电流,而在相反方向不易通过的的特性。这两种特性合起来就产生了电容器的作用,即蓄积电荷的作用。蓄积有电荷,当然要放电。放电可以在任何方向进行。而二极管只在一个方向有电流流过这种说法,严格来说是不成立的。这种情况在高频时就明显表现出来。因此,二极管的极电容以小为好。

2、动态电阻Rd

二极管特性曲线静态工作点Q附近电压的变化与相应电流的变化量之比。

3、最高工作频率Fm

Fm是二极管工作的上限频率。因二极管与PN结一样，其结电容由势垒电容组成。所以Fm的值主要取决于PN结结电容的大小。若是超过此值。则单向导电性将受影响。

4、二极管反向恢复时间

如图所示，二极管的反向恢复时间为电流通过零点由正向转换成反向，再由反向转换到规定低值的时间间隔，实际上是释放二极管在正向导通期间向PN结的扩散电容中储存的电荷。反向恢复时间决定了二极管能在多高频率的连续脉冲下做开关使用，如果反向脉冲的持续时间比反向恢复时间短，则二极管在正向、反向均可导通就起不到开关的作用。PN结中储存的电荷量与反向电压共同决定了反向恢复时间，而在高频脉冲下不但会使其损耗加重，也会引起较大的电磁干扰。所以知道二极管的反向恢复时间正确选择二极管和合理设计电路是必要的，选择二极管时应尽量选择PN结电容小、反向恢复时间短的，但大多数厂家都不提供该参数数据。

二极管恢复时间示意图

部分内容整理自

1、《二极管鲜为人知的特性》作者：ZLG致远电子 
2、《什么是二极管的压降和导通压降》百度文库
3、《二极管参数大全》百度知道