1、 功率二極管的基本特性

圖1（a）和圖1（b）所示為功率二極管的電路符號和靜態伏安特性。我們已經知道，當二極管處在正向電壓作用下，管子兩端正偏壓很?。s1V左右）時便開始導通；若二極管兩端加以反向電壓時，在被擊穿前僅有極小的可忽略不計的泄漏電流流過器件；正常工作時，加在二極管上的反向電壓應小于擊穿限定電壓值。

根據二極管在阻斷狀態（反向電壓下）時僅有極小的漏電流和在導通狀態時管壓降很低的特點，比較其工作過程中的電壓和電流的變化，我們可以得到它的理想伏安特性，如圖1（c）所示。該理想特性可用于換流器的基本結構和工作原理分析。但是在要求有二極管精確模型的電路分析或實際換流器的設計中（例如，當估算器件的散熱條件時，必須知道管子的正向壓降，盡管該參數值可能很?。?，常用另一種理想特性表示，如圖2（a）所示，對應的等效電路如圖2（b）。圖2（b）中E代表二極管的正向導通偏壓，電阻RD表示正向導通時的等效電阻。作為基礎性原理介紹，在以后的電路分析中涉及二極管時，我們均采用理想特性圖1（c）進行簡化替代。

由于二極管的導通速度相對電力電路的暫態變化過程來說要快得多，因此可把二極管看成理想開關。但是在其關斷過程中，由于半導體PN結需要進行反向充電，以便與阻斷電壓相平衡，二極管中的電流會反向流動，并持續一段時間后才衰減為0，這段時間稱為反向恢復時間trr，如圖3所示。這種現象可能導致含有電感的電路發生過電壓，但在多數工頻整流電路中，它對換流器的換相工作特性影響不大；因此，在二極管關斷的瞬間仍然可以把它看成是理想開關。

按照實際應用的要求，可選擇以下不同類型的功率二極管。

（1）肖特基二極管。與常用的PN結整流二極管不同，它是單極性二極管，因此不受充電過程和反向恢復時間trr（一般略為幾十納秒）的影響。從器件結構而言，在降低正向管壓降和增大反向漏電流間取其折中結果，它適用于較低輸出電壓和要求有較低正向管壓降（典型值為0.3V）的換流器電路。這種二極管的反向阻斷電壓水平在50~100V之間。

（2）快速恢復二極管。用于與可控開關配合的高頻電路中。這些電路要求很小的反向恢復時間，例如，在數百伏電壓和上百安培電流條件下，其trr應小于幾個微秒。

（3）工頻二極管。其導通態正向壓降很低，但反向恢復時間較長，這在工頻電路中是可以接受的，它適用于反向阻斷電壓數千伏和工作電流數千安的大容量換流器。從理論上講，可通過這種二極管的串、并聯滿足任意電壓和電流數值的要求。

2、 二極管的基本應用。

（1）整流 利用二極管正偏時導通、反偏時截止的不對稱非線性特性（見圖1b）實現整流變換，如圖4（a）所示，這是二極管最基本的應用。

（2）續流 用做續流二極管，如圖4（b）所示。當開關S切斷電感電路時，為防止電感產生很高的反電動勢e=L*di/dt，而損壞設備，接入一個二極管D，使電感電流有一個繼續流動的回路，使開關S在關斷時其兩端電壓不超過電源電壓Us，避免了因電感斷流而在開關器件兩端出現高壓。

（3）限幅 當輸入信號電壓Us變化范圍很大時，為了使信號電壓的幅值能夠限制在某個范圍之內，可采用圖4（c）所示的二極管限幅電路。設二極管閾值電壓為Uth，當Us<Uth時，二極管截止不導通，信號全部輸出，Uo=Us；當Us>Uth時，二極管導通，二極管電壓被限制為正向導通電壓。一個硅管約為0.7V，一個鍺管約為0.3V。幾個二極管串聯可得到不同的限幅值。

（4）鉗位 圖4（d）中 負載電阻RL改變時，只要二極管D處于正偏導通狀態；則輸出端電壓Uo將等于電源電壓UG加二極管正向電壓降UF，Uo=UG+UF，而與負載無關。即Uo被鉗位到UG+UF。當然要保持二極管總是處于正偏導通狀態，RL不能過小，RL太小時流過R上的電流過大、R上的電壓降太大以致（E=R*I）<UG時，二極管反偏截止，Uo將隨RL的改變而改變，鉗位電路失去作用。

（5）穩壓 穩壓管（符號為圖4（e）中的DZ）也是一種半導體二極管。這種二極管的正常工作區市政反向擊穿區，如圖1（b）中第三象限區。二極管反向擊穿后反向電流改變時，其反向端電壓基本不變。因此，圖4（e）中當電源電壓Us改變時，通過穩壓管的反向電流改變，使串聯電阻R上的壓降改變，而使負載電壓Uo基本不變。這種簡單的穩壓電路應用也很廣泛。
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