ROHM二极管知识

ROHM Diode 第 1 页 共 15 页 ROHM 二极管知识 二极管的故事 简单的介绍一下二极管的历史和原理。 1. 真空管以前・・・。 发现二极真空管里有整流特性和爱迪生效果是 1884年。其实 在这 8年之前的 1876年已发现了硒的整流作用。利用半导体 特性实现整流效果的二极管的历史十分古老。但比真空管还 要古老是稍微意外吧。 2. 鍺，接下来硅 当初原始的二极管-硒整流器和矿产检波器是，使用黄铁矿和 方铅矿等天然亚酸化铜(多结晶半导体)。其后，经过精炼技 术的进步，转移到了鍺，硅等高感度稳定生产的单结晶半导 体的时代。鍺对热特性弱，现在几乎都使用硅。 3. 从 PN 结合诞生的整流效果 二极管素子是 PN 结合的构造。P形半导体端的端子叫阳极， N形半导体端的端子叫做阴极。电流只能从阳极流到阴极， 从阴极到阳极几乎没有电流流过。这个效果叫整流效果，换 句话说，就是把交流变换直流的作用． 二极管模式图 二极管图记号 4. 二 极 管 就 是 开 关 二极管的作用直说就是开关，电流的开关。把电流用水流比喻的话，阳极是上流， 阴极是下流，水从上流到下流能流下去，就是说电流能流下去，但从下流不能流到 上流．这就是二极管的整流作用． ROHM Diode 第 2 页 共 15 页 电能流下去(顺方向) 电不能流下去(反方向) 5. 顺方向特性和逆方向特性 二极管有阳极和阴极两个端子，阳极(+)，阴极(-)。从阳极 到阴极流过电流时的特性叫做顺方向特性，例 VF，IF。相反， 从阳极(-)向阴极(+)加电流时，二极管基本上无电流流过， 这时的特性叫做逆方向特性，例 VR，IR等逆方向特性． 6. 结合构造也有多样 二极管的接 合构造现在 大有 PN 结合 和肖特基形。 前者是半导 体和半导体 结合，细分有 扩散接合形 和台地形。后 者是半导体 和金属之间发生的效果。结合这个语言通常不在二极管里表 现．在这里为了容易理解分列在这里。现在，实现小功耗高 速性的肖特基接合形被注目，我公司积极地推进 SBD的系列 化． 二极管的概略 二极管有按使用回路的功能和制品的大小所要求形状的两种分类。麻烦的是这两种分类没有 直接关连，所以经常要把两种同时放在脑里。可以理解为基本的功能加上各种各样的形状来 补充。 1.按频率来分类 二极管最基本的分类 ROHM Diode 第 3 页 共 15 页 关于齐纳二极管的功能． 齐纳二极管，通常与电阻器串连使用。这 时，E=R-IZ(R 两端的电压)+VZ(齐纳电压) 成立。换句话来说，电源电压 E变动，齐 纳电压 VZ 不变（但一定要 E〉VZ），这 时E和VZ之间的电压差发生在R的两端。 肖特基势垒二极管拥有高频率和通用频 率两种。 为什么是整流效果？ 从阳级向 P领域加（+），从阴级向 N领 域加（-）电压时，N领域的电子被 P领 域吸引，同时 P领域的空孔也被 N领域的 空孔吸引。结果 PN 结合面不能阻挡电子 和空孔，电流会顺利的流下去。相反从阳 级向 P领域加（-），从阴级想 N领域加 （+）电压时，P领域的（-）电极集中， 同样 N领域的电子也被(+)电极吸引，就 是说 PN 结合面几乎不存在电子和空孔， 电流不流过。 ■齐纳二极管(定电压二极管) 齐纳二极管是在逆方向加电压时发生的齐纳效果而 发生的定电压二极管，也称为定电压二极管.用于定 电压回路等需要 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 电压的回路． ■肖特基势垒二极管 N 形半导体直接加肖特基电极，在金属和半导体的 接触面里，利用阻止流逆方向电压的二极管叫做肖 特基势垒二极管．有高频用和一般用两种.高频多用 于 UHF， 和高速开关．另一方一般整流用肖特基势 垒二极管是比一般整流二极管顺方向电压小，不能 逆方向耐压(现在 100V-200V 为止)．用于低电压大 电流的电源整流，或用于恢复时间短高频整流开关 电源． ■开关二极管 利用 PN 结合的整流性，主要用于回路的 ON，OFF 开 关的二极管。一般开关二极管含肖特基势垒二极管 和波段开关二极管，可在我公司把这些作为独立的 系列。我公司所指的开关二极管是一般使用的小信 号用开关二极管。用于检波，变调，开关，混合等。 二极管的总生产量的约一半是开关二极管，在市场 上我公司占第一位． ■整流二极管 一般指平均整流电流超过 1A 以上，用于电源的整流 回路的二极管。从小功率到大功率种类很多，封装 丰富。生产最多的是小功率 1A 产品，占整流二极管 的 70%． ROHM Diode 第 4 页 共 15 页 ■波段开关二极管 波段开关二极管是为一般小信号二极管高频用而开 发的。因为用于高频调谐器的频数 2.按构造来分类 按素子构造来分类，主要分为现在主流的 Planar 形和耐高压的台地形． ■Planar 形 现在最常用的半导体结合的方 法，在硅基板上形成氧化膜， 在必要的地方开孔把不纯物扩 散结合。硅氧化膜有不容易把 不纯物扩散的特性．所以能在必要的地方结合．另外硅基板表 面形成的结合部分，被这个氧化膜来保护，对从外部来的污染 有强的功能． *扩散结合形(PN 结合形) 把不纯物热扩散到硅半导 体里，形成叫做 P形，N形 的不纯物扩散领域。这个结 合部产生叫做电位墙壁的 墙壁， *肖特基势垒形 利用金属与半导体结合时 产生的电位墙壁的叫做肖 特基垫垒形。很久以前就知 金属和半导体接触时拥有 整流特性，但理论说明的人 是 Mr.Shotoky，因此这个 构造的起名为肖特基垫垒。 和 PN 形来比，恢复时间快， 所以高频的整流效果非常 好，还有顺方向电压也低， 功耗也少，所以广泛用于高 频整流。 ■台地形 结合部像富士山，这个构造的 逆电压(VR)容易变大，多用于 整流二极管。耐压容易做大， 但相反与 Planar 形相比逆电 流也变大，我公司的整流二极管是这个构造． 3.按顺电流大小来分 按顺方向电 流大小来分， IF 未满 1A 的 叫做小信号 二极管，1A以上的叫做中功率/大功率二极管． ROHM Diode 第 5 页 共 15 页 4.按集聚性来分 我公司的强 点是二极管 排列，是指二 极管集聚的 复合二极管。最近我公司充实齐纳二极管，肖特基二极管的复 合品等丰富系列． 5.形状来分 封装，实际安装形状，二极管有各种各样的形装．大体分为插 件形和贴片形。市场数年前开始贴片成为主流，我公司也拥有 充实的贴片形系列． FAQ 使用时只是瞬间超过绝对最大额定值可以吗？ 基极电流的最大额定值是多少？ 集电极-发射极间可以加上与耐压反向的电压吗？ hFE 的实际值有多大的偏差？ 请说明数字晶体管的基本概念。 进入数字晶体管内置晶体管的基极电流怎样计算？ 数字晶体管导通所需的输入电压（激励电压）怎样计算？ "说要用“1.5V 激励”，换成现存的产品（1.8V 激励产品和 2.5V 激励产品）可以吗？ 瞬间有超过额定值 ID 的电流通过，如何判断能否使用呢？ 无卤素产品适用吗？ 环境温度变化时必须注意哪些问题？ ROHM Diode 第 6 页 共 15 页 双极晶体管/数字晶体管 使用时只是瞬间超过绝对最大额定值可以吗？ 使用时即使是瞬间超过绝对最大额定值也不行，那样有可能出现击穿而损坏晶体管，或者造 成 hFE 下降等性能退化。单发脉冲情况下可使用的范围要确认安全工作区（SOA）。连续脉 冲情况下，需要进行功率计算和元件温度计算。具体的判断步骤请参考｢判断能否使用的方 法｣、｢元件温度计算方法｣。 (另外，请同时参考与“降低额定值”相关的内容。） 基极电流的最大额定值是多少？ 基极电流的最大额定值是集电极电流最大额定值的 1/3（达林顿连接晶体管是 1/10）。 以 2SD2656 为例 因为集电极电流的最大额定值在 DC 情况下是 1A，在脉冲情况下是 2A，所以基极电流的最 大额定值就是 DC 情况下为 333mA，脉冲情况下为 666mA。 对于数字晶体管，如果遵照 规格 视频线规格配置磁共振要求常用水泵型号参数扭矩规格钢结构技术规格书 说明 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 上记载的 Vin 的额定值，那就以输入电流保持在额定 值内为前提来设定 Vin 的额定值。 集电极-发射极间可以加上与耐压反向的电压吗？ 对于 NPN 晶体管，发射极接地，给集电极加上正电压时的耐压是规格说明书上记载的 VCEO。 （对于 PNP 晶体管，集电极接地，给发射极加上正电压时的耐压是 VCEO。） 与此相反，（NPN 晶体管集电极接地，给发射极加上正电压时）的耐压与发射极-基极间的 耐压大致相等。发射极-基极间的耐压通常为 5-7V 左右，所以建议使用时要使集电极-发射 极间的反向电压保持在 5V 以下（如果给集电极-发射极间加上接近反向耐压值的电压，就 有可能发生 hFE 下降等性能退化的情况）。集电极-发射极间的反向电压如果在 5V 以下，就 只有漏电流大小的电流通过。 数字晶体管也如上所述，集电极-发射极间（OUT-GND 间）的反方向可外加 5V 以下的电压。 ROHM Diode 第 7 页 共 15 页 返回页首 hFE的实际值有多大的偏差？ hFE 值的范围本公司的规格说明书上有记载，有标明了上限和下限的，也有只标明了下限的。 对于上限和下限都标明了的，它的实际值就是上下限之间整个范围的值；对于只标明了下限 的，其 hFE 值的范围多数都等于下限值的数倍。详细情况请向“本公司营业部门”咨询。 返回页首 请说明数字晶体管的基本概念。 数字晶体管是双极晶体管内增添了电阻器的一种晶体管。 普通的双极晶体管 增添电阻 R1（输入电阻） 增添电阻 R2（EB 间电阻） ■关于电阻 R1 ・电阻 R1 的作用是将输入电压转换成电流，使晶体管的工作状况稳定。 如果将 IC 等的电压输出直接加到双极晶体管的输入（基极）端，利用电压控制使晶体管工作，它 的工作状态是不稳定的。 IC 与基极引脚间接入电阻（输入电阻）用电流控制使晶体管工作，就可以使它的工作状态稳定。 （这是因为输出电流对输入电压呈指数函数变化，但对输入电流呈线性变化。） 数字晶体管中内置的 R1 就是这种输入电阻。 ROHM Diode 第 8 页 共 15 页 比较一下输入是电压和输入是电流的晶体管工作状态 电压控制 基极-发射极间电压：VEB 电流控制 基极电流：IB 测试电路图 理论表达式 输入- 输出特性 ROHM Diode 第 9 页 共 15 页 看一看输入- 输出特性便可知：用右边的电流控制，输出对输入呈线性变化；用左边的电压控制， 输出对输入就呈指数函数变化。就是说，用电压控制时输入的极小变化就会引起输出电流大的变 化，工作状态不稳定。 例如右边的特性曲线，输入电流从 40μA改变为 2倍的 80μA时输出电流从 9mA变成 2倍的 18mA； 而左边的特性曲线，输入电压从 0.7V 仅仅升高了 14％到 0.8V，输出电流就从 10mA 变成 7 倍那 么高的 70mA。 因此，只要有轻微的噪声进入输入电压就会引起输出电流大幅度变化，也就不适合实际使用。 就这样，由于双极晶体管采用电流控制是稳定的，所以就要将 IC 的输出电压转换成基极电流，为 此也就需要有输入电阻 R1。因为数字晶体管内置有这个输入电阻 R1，所以有利于削减元器件数 和安装空间。 返回页首 ■关于电阻 R2 ・电阻 R2 的作用是吸收漏电流，防止误动作。 电阻 R2 的作用是降低从输入端进来的漏电流和噪声等，防止晶体管误动作。 如果输入电流很小，它就完全进入地线。但是，如果输入电流大，部分输入电流开始进入晶体管的 基极，晶体管导通。 如果输入电流小，它就完全进入地线，晶体管不如果输入电流大，部分输入电流就进入基极，晶 ROHM Diode 第 10 页 共 15 页 导通。 （没有漏电流等引起的误动作） 体管开始导通。（处于通常的导通状态） VR2=VBE>(EB 间的正向电压≒0.7V) 的情况 VR2=VBE>(EB 间的正向电压≒0.7V) 的情况 *具体计算方法请参考｢使数字晶体管导通的输入电压（激励电压）计算方法｣。 返回页首 进入数字晶体管内置晶体管的基极电流怎样计算？ 以 DTC114EKA 为例做如下说明。 数字晶体管工作时，为使内置晶体管的发射极-基极间（EB 间）的正 方向有基极电流通过，EB 间需要加正向电压（25℃下约为 0.7V）。 由于数字晶体管内置晶体管的 EB 间与电阻 R2 并联，所以 R2 也同 样外加了 0.7V 电压。从而可知，R2 上有 IR2= 0.7V/10KΩ=70μA 的电 流通过。 当输入电压 Vin 为 5V 时，IN 引脚的电位就是 5V，因为内置晶体管 的EB 间电位差是0.7V，所以电阻R1两端的电压是 5V-0.7V = 4.3V 。 从而可知，R1 上有 IR1= 4.3V/10KΩ = 430uA 的电流通过。 ROHM Diode 第 11 页 共 15 页 从而可知，内置晶体管的基极有 430μA-70μA= 360μA 的电流通过。 这样计算就可以计算出流过内置晶体管的基极电流。要使数字晶体管 充分导通（ = 降低输出电压 Vo（on）) 就要调整输出电流 Io 和输 入电压 Vin，以使输出电流 Io 达到进入内置晶体管的基极电流的 10～20 倍以下。如果输入电压 Vin 不够高，输出电流不够大，就要 使用输入电阻 R1 小那种型号的数字晶体管。 温度为 25℃时，发射极－基极间正向电压约为 0.7V。温度变化时，温度每上升 1℃该正向 电压便减小约 2.2mV。例如，50℃时约为 0.7V- (50℃-25℃)×2.2mV= 0.645V。反之，温度降 低到-40℃时约为 0.7+ (25℃- (-40℃))×2.2mV= 0.843V。 请注意，就是这样，正向电压 VF也受温度影响而变化。而且，25℃时的正向电压无论如何 也就大致为 0.7V，有±0.1 上下的偏差。 对于数字晶体管，内置电阻 R1、R2 有±30％上下的偏差，所以要考虑并计算电阻值为最不 利的情况。 由于正向电压和电阻值都有偏差，所以可以认为上述计算方法得到的结果无论如何也就是大 致的基准值。 返回页首 为使数字晶体管导通所需的输入电压（激励电压）怎样计算？ 以 DTC114EKA 为例做如下说明。 ROHM Diode 第 12 页 共 15 页 数字晶体管工作时 BE 间有正向电流通过，所以(BE 间电压）= （BE 间正向电压：约 0.7V）= （加在 R2 两端的电压）成立。 数字晶体管工作时，内置晶体管的发射极-基极间（EB 间）的正 方向有基极电流通过，所以 EB 间加有正向电压（25℃下约为 0.7V）。由于数字晶体管中内置晶体管的 EB 间与电阻 R2 并联， 所以 R2 上也同样外加有 0.7V 电压。从而可知，R2 上有 IR2=0.7V/10KΩ=70μA 的电流通过。 通过 R2 的 70μA 电流也通过 R1。从而可知，R1 的两端有 70μA×10KΩ= 0.7V 的电压。 显然，此 R1 上的 0.7V 加上内置晶体管 EB 间的 0.7V，就是为 使数字晶体管导通所需的合计 1.4V 的输入电压。 根据以上所述，如果把使数字晶体管导通的电压 Vi ( on )当做一般性参数，正向电压为 Vf， 就有 Vi ( on ) = ( Vf/R1)×R2+Vf。 由此结果可知，数字晶体管的导通电压由 R1 与 R2 的比来决定。 例如，ROHM 的数字晶体管 DTC114EKA 就是型号中的字母‘ E ’（3 位数字后的罗马字母）， 根据 R1 和这个 3 位数字后的罗马字母就知道导通电压。如果 25℃下 Vf = 0.7V ，则如下图 所示。 ROHM Diode 第 13 页 共 15 页 根据上面讨论的结果，以 DTC143XKA 为例，它的激励电压就约为 1.05V；以 DTC114YKA 为例，它的激励电压就约为 0.84V。 * 实际上，要考虑到激励电压受电阻值比和 Vf 的偏差影响而有 20～30％左右的偏差之外， 还有温度变化造成的变动，所以无论如何它也就是一个大致的基准值。在做实际使用设计时 要留有足够的余量。 (正确计算得到的结果大致上是：25℃下输出电流为 100μA 上下时 Vf = 0.5～0.6V 上下；输 出电流为 1mA 上下时 Vf = 0.6～0.7V 上下）。 * 以上所述虽然是以 DTC 型（NPN 型）为例，但由于 DTA 型等 PNP 型的 Vf 值几乎相等， 所以对于 PNP 型上述结果也成立。 返回页首 MOSFET 说要用“1.5V激励”，换成现存的产品（1.8V激励产品和 2.5V激励产品）可以吗？ 1.5V 激励的意思是栅极ー源极間電圧最低到 1.5V 还可以激励的意思，所以换成 1.8V、2.5V 激励是可以的。但是，在栅极ー源极间所加电压为最大额定值±10V 以上时，请使用 4V 激 励产品。 返回页首 ROHM Diode 第 14 页 共 15 页 瞬间有超过额定值 ID的电流通过，如何判断能否使用呢？ 每种产品都有 SOA（Safe Operating Area)，如果在此区域内那肯定能用。 例如：VDS=20V、Idpeak=2A、Pw=100μs 时 ⇒ Pw=100μs 的区域内，可以使用。 返回页首 无卤素产品适用吗？ 小信号封装产品可以适用。(请通过其他途径询问)。 环境温度变化时必须注意哪些问题？ 容许损耗（Pc)需要降低（降低额定值），以便与环境温度（Ta）相适应。请根据下面的特性 曲线使晶体管的消耗功率降低到与环境温度相适应的程度。 ROHM Diode 第 15 页 共 15 页 也有必要降低安全工作区（SOA)的额定值，具体情况请参考「为了放心使用 ROHM 的晶体 管-TR 能否使用的判断方法」。 而且，电特性（ 以双极晶体管/数字晶体管的输入电压(VBE， VI(on)， VI(off) )和 hFE， GI 为例）受温度影响会有变化。所以，设计时要参考电特性曲线，以保证温度变化时也能正常 工作。MOSFET 也要这样考虑。