整流二極體

一種將交流電能轉變為直流電能的半導體器件。通常它包含一個PN結，有正極和負極兩個端子。二極體最重要的特性就是單方嚮導電性。在電路中，電流只能從二極體的正極流入，負極流出。

基本介紹

• 中文名：整流二極體
• 類別：半導體器件
• 特性：單方嚮導電
• 電流流向：正極流入，負極流出

概述

整流二極體(rectifier diode)一種用於將交流電轉變為直流電的半導體器件。二極體最重要的特性就是單方嚮導電性。在電路中，電流只能從二極體的正極流入，負極流出。通常它包含一個PN結，有正極和負極兩個端子。其結構如圖所示。P區的載流子是空穴,N區的載流子是電子，在P區和N區間形成一定的位壘。外加電壓使P區相對N區為正的電壓時，位壘降低，位壘兩側附近產生儲存載流子，能通過大電流，具有低的電壓降（典型值為0.7V）,稱為正嚮導通狀態。若加相反的電壓,使位壘增加，可承受高的反向電壓，流過很小的反向電流（稱反向漏電流），稱為反向阻斷狀態。整流二極體具有明顯的單嚮導電性。整流二極體可用半導體鍺或矽等材料製造。矽整流二極體的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極體都用高純單晶矽製造(摻雜較多時容易反向擊穿）。這種器件的結面積較大，能通過較大電流（可達上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極體主要用於各種低頻半波整流電路，如需達到全波整流需連成整流橋使用。

常用二極體的符號

二極體結構

選用

整流二極體一般為平面型矽二極體，用於各種電源整流電路中。

1N4001外形尺寸

整流二極體，圖上有銀色圈一端是負極

選用整流二極體時，主要應考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復時間等參數。

普通串聯穩壓電源電路中使用的整流二極體，對截止頻率的反向恢復時間要求不高，只要根據電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極體即可。例如，1N系列、2CZ系列、RLR系列等。

開關穩壓電源的整流電路及脈衝整流電路中使用的整流二極體，應選用工作頻率較高、反向恢復時間較短的整流二極體（例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等）或選擇快恢復二極體。還有一種肖特基整流二極體。

特性

整流二極體是利用PN結的單嚮導電特性，把交流電變成脈動直流電。整流二極體漏電流較大,多數採用面接觸性料封裝的二極體。整流二極體的外形如圖1所示，另外，整流二極體的參數除前面介紹的幾個外，還有最大整流電流，是指整流二極體長時間的工作所允許通過的最大電流值。它是整流二極體的主要參數，是選項用整流二極體的主要依據。

二極體特性曲線

常用參數

（1）最大平均整流電流IF：指二極體長期工作時允許通過的最大正向平均電流。該電流由PN結的結面積和散熱條件決定。使用時應注意通過二極體的平均電流不能大於此值，並要滿足散熱條件。例如1N4000系列二極體的IF為1A。

（2）最高反向工作電壓VR：指二極體兩端允許施加的最大反向電壓。若大於此值，則反向電流(IR)劇增，二極體的單向導電性被破壞，從而引起反向擊穿。通常取反向擊穿電壓(VB)的一半作為(VR)。例如1N4001的VR為50V，1N4002-1n4006分別為100V、200V、400V、600V和800V，1N4007的VR為1000V

（3）最大反向電流IR：它是二極體在最高反向工作電壓下允許流過的反向電流，此參數反映了二極體單嚮導電性能的好壞。因此這個電流值越小，表明二極體質量越好。

（4）擊穿電壓VB：指二極體反向伏安特性曲線急劇彎曲點的電壓值。反向為軟特性時，則指給定反向漏電流條件下的電壓值。

（5）最高工作頻率fm：它是二極體在正常情況下的最高工作頻率。主要由PN結的結電容及擴散電容決定，若工作頻率超過fm，則二極體的單嚮導電性能將不能很好地體現。例如1N4000系列二極體的fm為3kHz。另有快恢復二極體用於頻率較高的交流電的整流，如開關電源中。

（6）反向恢復時間trr：指在規定的負載、正向電流及最大反向瞬態電壓下的反向恢復時間。

（7）零偏壓電容CO：指二極體兩端電壓為零時，擴散電容及結電容的容量之和。值得注意的是，由於製造工藝的限制，即使同一型號的二極體其參數的離散性也很大。手冊中給出的參數往往是一個範圍，若測試條件改變，則相應的參數也會發生變化，例如在25°C時測得1N5200系列矽塑封整流二極體的IR小於10uA，而在100°C時IR則變為小於500uA。

損壞原因

（1）防雷、過電壓保護措施不力。整流裝置未設定防雷、過電壓保護裝置，即使設定了防雷、過電壓保護裝置，但其工作不可靠，因雷擊或過電壓而損壞整流管。

（2）運行條件惡劣。間接傳動的發電機組，因轉速之比的計算不正確或兩皮帶盤直徑之比不符合轉速之比的要求，使發電機長期處於高轉速下運行，而整流管也就長期處於較高的電壓下工作，促使整流管加速老化，並被過早地擊穿損壞。

（3）運行管理欠佳。值班運行人員工作不負責任，對外界負荷的變化(特別是在深夜零點至第二天上午6點之間)不了解，或是當外界發生了甩負荷故障，運行人員沒有及時進行相應的操作處理，產生過電壓而將整流管擊穿損壞。

（4）設備安裝或製造質量不過關。由於發電機組長期處於較大的振動之中運行，使整流管也處於這一振動的外力干擾之下；同時由於發電機組轉速時高時低，使整流管承受的工作電壓也隨之忽高忽低地變化，這樣便大大地加速了整流管的老化、損壞。

（5）整流管規格型號不符。更換新整流管時錯將工作參數不符合要求的管子換上或者接線錯誤，造成整流管擊穿損壞。

（6）整流管安全裕量偏小。整流管的過電壓、過電流安全裕量偏小，使整流管承受不起發電機勵磁迴路中發生的過電壓或過電流暫態過程峰值的襲擊而損壞。

代換

整流二極體損壞後，可以用同型號的整流二極體或參數相同其它型號整流二極體代換。

通常，高耐壓值（反向電壓）的整流二極體可以代換低耐壓值的整流二極體，而低耐壓值的整流二極體不能代換高耐壓值的整流二極體。整流電流值高的二極體可以代換整流電流值低的二極體，而整流電流值低的二極體則不能代換整流電流值高的二極體。

檢查方法

首先將整流器中的整流二極體全部拆下，用萬用表的100×R或1000×R歐姆檔，測量整流二極體的兩根引出線(頭、尾對調各測一次)。若兩次測得的電阻值相差很大，例如電阻值大的高達幾百KΩ到無窮大，而電阻值小的僅幾百Ω甚至更小，說明該二極體是好的(發生了軟擊穿的二極體除外)。若兩次測得的電阻值幾乎相等，而且電阻值很小，說明該二極體已被擊穿損壞，不能使用。如果兩次測量的阻值都是無窮大，說明此二極體已經內部斷開，不能使用。

常用型號

二極體型號，用途，最高反向工作電壓VR，最大平均整流電流IF

1N4001 矽整流二極體 50V, 1A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)

1N4002 矽整流二極體 100V, 1A,

1N4003 矽整流二極體 200V, 1A,

1N4004 矽整流二極體 400V, 1A,

1N4005 矽整流二極體 600V, 1A,

1N4006 矽整流二極體 800V, 1A,

1N4007 矽整流二極體 1000V, 1A,

1N4148 矽開關二極體 75V, 4PF,Ir=25nA,Vf=1V,

1N5391 矽整流二極體 50V, 1.5A,(Ir=10uA,Vf=1.4V,Ifs=50A)

1N5392 矽整流二極體 100V,1.5A,

1N5393 矽整流二極體 200V,1.5A,

1N5394 矽整流二極體 300V,1.5A,

1N5395 矽整流二極體 400V,1.5A,

1N5396 矽整流二極體 500V,1.5A,

1N5397 矽整流二極體 600V,1.5A,

1N5398 矽整流二極體 800V,1.5A,

1N5399 矽整流二極體 1000V,1.5A,

1N5400 矽整流二極體 50V, 3A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=150A)

1N5401 矽整流二極體 100V,3A,

1N5402 矽整流二極體 200V,3A,

1N5403 矽整流二極體 300V,3A,

1N5404 矽整流二極體 400V,3A,

1N5405 矽整流二極體 500V,3A,

1N5406 矽整流二極體 600V,3A,

1N5407 矽整流二極體 800V,3A,

1N5408 矽整流二極體 1000V,3A,

1S1553 矽開關二極體 70V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

1S1554 矽開關二極體 55V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

1S1555 矽開關二極體 35V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

1S2076 矽開關二極體 35V,150mA,250mW, 8nS, 3PF,450ma, Ir≤1uA,Vf≤0.8V,≤1.8PF,

1S2076A 矽開關二極體 70V,150mA,250mW,8nS, 3PF,450ma, 60V, Ir≤1uA,Vf≤0.8V,≤1.8PF,

1S2471 矽開關二極體 80V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,

1S2471B 矽開關二極體 90V,150mA,250mW,3nS,3PF,450ma,

1S2471V 矽開關二極體 90V,130mA,300mW,4nS,2PF,400ma,

1S2472 矽開關二極體 50V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,

1S2473 矽開關二極體 35V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤3PF,

1S2473H 矽開關二極體 40V,150mA,300mW,4nS,3PF,450ma,

2AN1 二極體 5A, f=100KHz

2CK100 矽開關二極體 40V,150mA,300mW,4nS,3PF,450ma,

2CK101 矽開關二極體 70V,150mA,250mW,8nS, 3PF,450ma,

2CK102 矽開關二極體 35V,150mA,250mW, 8nS, 3PF,450ma,

2CK103 矽開關二極體 20V,100mA, 2PF,100ma,

2CK104 矽開關二極體 35V,100mA, 10nS,2PF,225ma,

2CK105 矽開關二極體 35V,100mA, 4nS,2PF,225ma,

2CK106 矽開關二極體 75V,100mA, 4nS,2PF,100ma,

2CK107 矽開關二極體 90V,130mA,300mW,4nS,2PF,400ma,

2CK108 矽開關二極體 70V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

2CK109 矽開關二極體 35V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

2CK110 矽開關二極體 90V,150mA,250mW,3nS,3PF,450ma,

2CK111 矽開關二極體 55V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

2CK150 矽開關二極體 15V, Ir≤25nA, Vf≤1.2V,≤2PF,

2CK161 矽開關二極體 15V, Ir≤25nA, Vf≤1.2V,≤2PF,

2CK4148 矽開關二極體 75V, Ir≤25nA,Vf=1V,4PF,

2CK2076 矽開關二極體 35V, Ir≤1uA,Vf≤0.8V, ≤1.8PF,

2CK2076A矽開關二極體 60V, Ir≤1uA,Vf≤0.8V, ≤1.8PF,

2CK2471 矽開關二極體 80V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,

2CK2472 矽開關二極體 50V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,

2CK2473 矽開關二極體 35V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤3PF,

2CN1A 矽二極體 400V, 1A, f=100KHz,

2CN1B 矽二極體 100V, 1A, f=100KHz,

2CN3 矽二極體 V, 1A, f=100KHz,

2CN3D 矽二極體 V, 1A, f=100KHz,

2CN3E 矽二極體 V, 1A, f=100KHz,

2CN3F 矽二極體 V, 1A, f=100KHz,

2CN3G 矽二極體 V, 1A, f=100KHz,

2CN3H 矽二極體 V, 1A, f=100KHz,

2CN3I 矽二極體 V, 1A, f=100KHz,

2CN3K 矽二極體 V, 1A, f=100KHz,

2CN4D 矽二極體 V, 1.5A,f=100KHz,

2CN5D 矽二極體 V, 1.5A, f=100KHz,

2CN6 矽二極體 V, 1A, f=100KHz,

2CP1553 矽二極體 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,

2CP1554 矽二極體 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,

2CP1555 矽二極體 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,

高頻整流二極體的特性與參數

開關電源中的整流二極體必須具有正向壓降低、快速恢復的特點，還應具有足夠大的輸出功率，可以採用以下三種類型的整流二極體：快速恢復整流二極體;超快速恢復整流二極體;肖特基整流二極體。快速恢復和超快恢復整流二極體具有適中的和較高的正向電壓降，其範圍是從0.8～1.2V。這兩種整流二極體還具有較高的截止電壓參數。因此，它們特別適合於在小功率的、輸出電壓在12V左右的輔助電源電路中使用。

由於現代的開關電源工作頻率都在20kHz以上，比起一般的整流二極體，快速恢復整流二極體和超快速恢復整流二極體的反向恢復時間莎Ⅱ減小到了毫微秒級，因此，大大提高了電源的效率。據經驗，在選擇快速恢復整流二極體時，其反向恢復時間至少應該是開關電晶體的上升時間的1/3。這兩種整流二極體還減少了開關電壓尖峰，而這種尖峰直接影響輸出直流電壓的紋波。另外，雖然某些稱為軟恢復型整流二極體的噪聲較小，但是它們的反向恢復時間較長，反向電流也較大，因而使得開關損耗增大，並不能滿足開關電源的工作要求。

快速恢復整流二極體和超快恢復整流二極體在開關電源中作為整流器件使用時是否需要散熱器，要根據電路的最大功率來決定。一般情況下，這些二極體在製造時允許的結溫在175℃，生產廠家對該指標都有技術說明，以提供給設計者去計算最大的輸出工作電流、電壓及外殼溫度等。　肖特基整流二極體即使在大的正向電流作用下，其正向壓降也很低，僅有0.4V左右，而且，隨著結溫的增加，其正向壓降更低，因此，使得肖特基整流二極體特別適用於5V左右的低電壓輸出電路中。肖特基整流二極體的反向恢復時間是可以忽略不計的，因為此器件是多數載流子半導體器件，在器件的開關過程中，沒有清除少數載流子存貯電荷的問題。

肖特基整流二極體有兩大缺點：其一，反向截止電壓的承受能力較低，目前的產品大約為100V;其二，反向漏電流較大，使得該器件比其他類型的整流器件更容易受熱擊穿。當然，這些缺點也可以通過增加瞬時過電壓保護電路及適當控制結溫來克服。表示出了典型的高速整流二極體的特性與參數。