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#征文#TVS管有几种关键电压?之间啥关系?
TVS管和稳压管有哪些区别?尤其第1条!
TVS管如何选型?
TVS管的功率计算与功率选型
选择二极管时应重点关注哪些参数?
勘误:二极管的反向恢复时间Trr
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选择二极管时应重点关注哪些参数?

大家好,我是硬件微讲堂。这是在电子星球的第31篇原创文章。为避免错过干货内容,一定记得点赞、收藏、分享哟。加微信hardware_lecture进群沟通交流。

前面关于TVS管相关知识,共计发了4篇文章:前3篇,属于基础篇;后1篇,属于进阶,点击下面链接即可查看:

TVS管有几种关键电压?之间啥关系?

TVS管和稳压管有哪些区别?尤其第1条!

TVS管如何选型?

TVS管的功率计算与功率选型

关于TVS管的内容,先暂时聊到这里,今天聊聊二极管吧。其实网上关于二极管的文章很多,搬来搬去,内容都差不多,只把内容“再收集”一下。昨天我也一直在想,怎么才能写出点自己的东西,但发现很难跳出圈。既然我们是写面试题的,还是以实际面试为切入点。

1、一道面试题

照例,先抛出来一道面试题:我们在选择二极管时应重点关注哪些参数?

这道题,比较偏基础应用,考察应届生的基础最合适不过,所以面试中标率很高。回答这个问题,不需要花哨的逻辑和技巧,只需要把积累的知道倒出来即可。但是如果你能稍微拓展一下,可能会让面试官眼前一亮。

2、二极管的定义

二极管,Diode,看到百度百科给出的定义:

二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件。它具有单向导电性能。给正向电压时,二极管导通。给反向电压时,二极管截止。   

说简单些,就是PN结,具有单向导电性。PN结具体的空穴、载流子、漂移和扩展,就放一张图,这里不作展开,自行脑补。

3、二极管关键参数

说到二极管的参数,为了避免通篇的文字描述,同时增强工程应用性,我们就拿一个实际的二极管做说明。

以哪个二极管为例呢?不知道。

去Nexpria官网看看,发现二极管有齐纳二极管、开关二极管、肖特基二极管、整流二极管等这么几种。在整流二极管里面随便找一个好了。注意:这里并不是说二极管只有这几种,而是这几种相对重要。

为啥在“整流二极管”里面选呢?这个问题,留给屏幕前的你。

选择“恢复整流管”,选择“产品”,弹出如下界面,我们随机选择PNE20010ER。对的,确实是随机!

其实我完全可以直接拿一个Datasheet过来讲,但为什么我要讲从获取规格书的过程?我想传递的是,授人以鱼不如授人以渔。我要讲的不止是几个参数,更多的是一整套的获取和分析方法。

打开Datasheet中,首页看到一个表格,如下图,里面有If、Vr、Vf、Ir。

If:Forward Current,最大正向(工作)电流,表征允许通过的最大正向平均电流;

Vr:Reverse Voltage,最大反向(工作)电压,表征所能承受的最大反向电压;

Vf:Forward Voltage,正向压降,表征正向导通时二极管两端的电压。通常说明Vf时需要备注对应的If,如上图@If=1A;

Ir:Reverse Current,二极管在未击穿时的反向电流,也就是我们常说的二极管的漏电流(Leakage Current)。注意说Ir时也需要备注对应的Vr,如上图@Vr=200V。

有些小伙伴可能会提到怎么没有击穿电压Vbr?别着急。

在上面表格中看到Vr最大值为200V,是从反向不击穿维度我们换一个角度,从击穿维度来看,最小击穿电压Vbr为200V,从page5的Table 7也可以得到验证。

于是可以得出,Vbr:Breakdown Voltage,最小击穿电压,近似约等于最大反向电压Vr。

二极管的关键参数,差不多就这些,还有么?

如果你认为这样就完事了,那只能说明你理解的还不够。

4、二极管动态特性-Cd

上面小节说的If、Vr、Vf、Ir,分别体现了二极管的不同特性。我们可以用一张图同时体现,如下图所示。但我想说的是,它们之所以可以用一张图同时体现,是因为它们都有一个共同特点:属于二极管的静态特性

(图片来自网络)

那二极管有动态特性么?当然!

细心的小伙伴,在Datasheet的Table 7上观察到Cd和Trr,这两个就是。

Cd:极间电容,是反映二极管中PN结电容效应的关键参数。在高频电路或开关电路中必须考虑Cd的影响。

只是单纯地说Cd,并没有什么意思,我想很多小伙伴都知道二极管存在电容。但我想表达Cd和势垒电容的关系

学过模电的小伙伴,应该知道二极管PN结的电容效用包括扩散电容和势垒电容,有如下关系式:

①当PN结正偏时,P区的电子和N区的空穴随着正向电压的增加而增加,扩散电容较大,此时扩散电容起主要作用,而势垒电容较小,可以忽略;

②当PN结反偏时,势垒区随着外部反向电压Vr的增加而增宽,随着Vr减小而变窄。此时PN结表现出的电容效应主要是势垒电容,其主导作用。

(关于扩散电容和势垒电容的内容不做展开,感兴趣的小伙伴可自行脑补模电基础)

细心的小伙伴,会看到上图中Cd的测试条件“Vr=4V,f=1MHz”,是反向偏置电压,信号频率1MHz条件测的(貌似这是行业规范,再换一份规格书,也是这么测试的)。按照上面说的,PN结反偏时势垒电容主导。此时Datasheet上的Cd实际上是势垒电容,跟扩散电容关系不大。

5、二极管动态特性-Trr

上面说完了Cd和势垒电容的关系,那扩散电容呢?就妥妥地被抛弃了?

当然没有,这不是还有Trr么!

Trr:Reverse Revcoery Time,反向恢复时间

定量来看,是从PN结电压反偏开始到二极管电流回落到反向恢复电流Irm的1/10所需要的时间

定性来看,反向恢复时间是由电荷存储效应引起。Trr就是PN结在正向导通器件存储的电荷消耗掉所需要的时间。而正向导通器件所存储的电荷正是受PN结正偏期间所积累的扩散电容的影响。即:反向恢复时间Trr与扩散电容强相关

(图片来自网络)

讲完了Trr和扩散电容的关系,再说下Trr有什么用

直白些,就是Trr越小,二极管在遇到交流信号时恢复到正常状态的时间越短。这样在高频电路开关电路中,就有很好的应用场景。这也是为什么有一类二极管叫快恢复二极管(FRD),Trr可以做几十纳秒;还有一种二极管叫肖特基二极管(SBD),Trr可以做到几纳秒。

6、总  结

聊到这里,今天要和大家聊的内容也差不多了。今天写了2500字,我们简单梳理下。

今天聊的问题是:我们在选择二极管时应重点关注哪些参数?

其实回答起来也简单,概括起来就两句话:

①静态特性:If、Vr、Vf、Ir;

②动态特性:Cd、Trr。

但如果只回答这些,显得有些单薄。如果知识储备足够的话,可以适当扩展,这样可以带给面试官一些意外收获。比如,你可以聊聊:

③Vr和Vbr的关系;

④静态特性所对应的曲线及各自所在位置;

⑤Cd通常的测试条件及与势垒电容的关系;

⑥Trr的定量分析和定性分析;

⑦Trr与扩散电容的关系及Trr的作用;

等等这些,都是你自由发挥的切入点。不需要都讲,只需要从③-⑦里面挑出来两条做扩展,我觉得就已经可以加分。

怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深。我的助攻只能到这里,能否晋升到陆地神仙境一剑开天门,就看你的造化了!

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