整流二极管的细节分析

1.2.1 PN结

一般来说，PN结的定义是：P型半导体和N型半导体通过不同的掺杂工艺在同一个半导体基板上制作。一般半导体的材料是硅或锗，在它们的交界面形成一个空间电荷区。PN结。

具体介绍PN结的形成一般分为三个步骤，一是扩散运动，P因此，该区域的空穴浓度远大于N区域的自由电子浓度，P该区域的空穴必然向N区扩散，并与N区域的自由电子复合物消失；同样，N自由电子由电子必然会漂移到P区，并与P区内的空穴复合而消失。二是空间电荷区的产生，扩散运动导致P区一侧失去空穴，留下负离子，N区域一侧失去电子，留下正离子。这些不能移动的带电离子称为空间电荷。相应地，该区域称为空间电荷区。最后，由于正离子和负离子，空间电荷区将产生内电场。内电场的产生使多子扩散和少子漂移达到动态平衡，最后形成了PN结。如下图PN所示结的形成。

早期的二极管，即半导体的生产过程，是将两种独立的掺杂材料放在一起，在高温下熔化而成。与原来相比，现在的二极管只是生产过程更准确，这使得两个相邻的不同掺杂区域结合在一起。一个区域是将施主原子与半导体材料混合产生自由电子的n区域，另一个区域是将受主原子混合形成自由孔的p区域。两个区域的交界处是二极管的物理结。其电子结包括各区域的狭窄边缘，称为耗尽层，即上述介绍PN二极管p型区域为正极，n相反，类型区域的总体结构图如下。

1.2.2 半导体二极管的类型

所有二极管的特性基本相同，都是由PN结构组成，但每个二极管都在局部细化，下面根据结构和用途区分半导体二极管。

首先按材料分为硅二极管、锗二极管等。硅和锗是工作中主要使用的二极管，但也有许多其他材料制成的二极管。两者的区别，硅二极管的结电容大，可通过的电流大，不过工作频率低，一般用在整流，锗二极管则相反，可通过电流小，工作频率高，一般用在高频小功率中，两者还有一个本质差别，硅的导通压降要大于锗管。

按结构划分：有点接触型、面接触型二极管和平面接触型。三者的主要区别是PN结面积大小，点接触型PN结接触面积小，不能通过大电流，一般用于检波或脉冲电路等高频电路；与点接触相比，表面接触类型PN结要大一点，过流能力也比较强一点，用于大功率电路；与点接触和面接触相比，过流能力最大的是平面二极管，因为它PN结最大，一般用于大功率场合；三者的结构图如下。

按功率分：大功率，小功率二极管。功率的区别实际上是电流的区别，大功率流过电流大，小功率相反，流过电流小。举个简单的例子，如下图1所示N从下图可以看出400系列二极管的参数IF为1A，而1N400系列二极管的管压降为0.7V，P=UI,所以可得为0.7W。因此，上述方法可以计算功率的大小。

1.2.3 二极管关键参数整流

(1)最大平均整流电流IF：指二极管长期工作时允许通过的最大正平均电流。PN结的结面积和散热条件决定。二极管的平均电流不应大于此值，并应满足散热条件。

(2)最高反向工作电压VR：指二极管两端允许的最大反向电压。如果大于此值，则反向电流(IR)二极管的单向导电性被破坏，导致反向击穿。通常反向击穿电压VB的一半作为VR。

(3)最大反向电流IR：它是二极管在最高反向工作电压下允许的反向电流，反映了二极管的单向导电性能。因此，电流值越小，二极管的质量就越好。

(4)击穿电压VB：指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。

(5)正电压VF：指二极管正向电压是电流通过二极管传导产生的电压降。

（6）反向恢复时间trr：指负载、正电流和最大反向瞬态电压下的反向恢复时间。

1.2.4 二极管整流失效模式

整流二极管故障模式主要包括电参数漂移、开路、短路、间歇性失控等。然而，工作电压和温度是加速整流二极管故障的两个重要应力。整流二极管故障与工作电压密切相关。工作电压越高，使用寿命越短。整流二极管的寿命与工作电压的关系基本遵循电应力为加速变量的加速模型：

Q=1KT*UC

Q工作电压是整流二极管的寿命UK(T)温度函数C常数

上式两侧取对数如下：

lnQ=-C*lnU-lnK(T)

整流二极管的寿命Q与工作电压U成线性关系可以从上面得到。

以下是三种温度下整流二极管寿命和工作电压的曲线图。

如上图所示，在同一温度下，工作电压越高，二极管故障越快，寿命越短。如图所示，温度也是影响整流二极管故障的重要因素之一。温度越高，故障就越快。