高頻二極體

高頻二極體主要用於開關、檢波、調製、解調及混頻等非線性變換電路中。

基本介紹

• 中文名：高頻二極體
• 外文名：high-frequency diode 
• 作用：開關、檢波、調製、解調及混頻
• 用於：非線性變換電路中
• 又稱：半導體二極體

高頻二極體的主要參數

1）最大整流電流IFM

二極體在長期穩定工作時，允許通過的最大正向平均電流。因為電流通過PN結要引起管子發熱，電流太大，發熱量超過限度，就會使PN結燒壞，所以在實際套用時工作電流通常小於IFM。

2）最大可重複峰值反向電壓VRRM

指所能重複施加的反向最高峰值電壓，通常是反向擊穿電壓VBR的一半。擊穿時，反向電流劇增，二極體的單嚮導電性被破壞，甚至因過熱而燒壞。

3）反向恢復時間Trr

當工作電壓從正向電壓變成反向電壓時，電流不能瞬時截止，需延遲一段時間，延遲的時間就是反向恢復時間。Trr直接影響二極體的開關速度，在高頻開關狀態時，通常此值越小越好。大功率開關管工作在高頻開關狀態時，此項指標至為重要，Trr越小管子升溫越小，效率越高。

4）結電容CJ

圖1所示的PN結高頻等效電路，其中r表示結電阻，CJ表示結電容，包括勢壘電容和擴散電容的總效果，它的大小除了與本身結構和工藝有關外，還與外加電壓有關。當PN結處於正向偏置時，r為正向電阻，其數值很小，結電容較大(主要決定於擴散電容CD)。當PN結處於反向偏置時，r為反向電阻，其數值較大，結電容較小 (主要決定於勢壘電容CB) 。

5）正向電壓降VF

二極體通過額定正向電流時，在兩極間所產生的電壓降。通常矽材料的二極體VF大於1V，鍺材料、肖特基二極體為0.5V左右。

6）反向電流IR

指管子擊穿時的反向電流，其值愈小，則管子的單嚮導電性愈好。反向電流IR與溫度有密切聯繫，溫度越高，反向電流IR會急劇增加，所以在使用二極體時要注意溫度的影響。

一般半導體器件手冊中都給出不同型號管子的參數，這是正確使用二極體的依據。在高頻套用場合，要注意不要超過最大整流電流和最高反向工作電壓的同時，還應特別注意二極體的最高工作頻率（通常由反向恢復時間Trr和結電容CJ決定），否則電路工作不正常或者管子升溫嚴重，影響可靠性。

幾種常用高頻二極體的特點

1、快恢復二極體FRD（Fast RecoveryDiode）

快恢復二極體的內部結構與普通二極體不同，它是在P型、N型矽材料中間增加了基區I，構成P-I-N矽片。由於基區很薄，反向恢復電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓。快恢復二極體的反向恢復時間一般為幾百納秒，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達幾百到幾千伏。具有開關特性好，反向恢復時間Trr短、正向電流大、體積小、安裝簡便等優點。可廣泛用於開關電源、脈寬調製器（PWM）、不間斷電源（UPS）、交流電動機變頻調速（VVVF）、高頻加熱等裝置中，作高頻、大電流的續流二極體或整流管。

2、超快恢復二極體SRD （SuperfastRecovery Diode）

在快恢復二極體基礎上發展而成的，其反向恢復時間Trr比FRD更短，是極有發展前途的電力、電子半導體器件。

3、肖特基二極體SBD（Schottky Barrier Diode）

是肖特基勢壘二極體的簡稱。肖特基二極體是利用金屬與半導體接觸形成的金屬－半導體結原理製作的。因此，肖特基二極體也稱為金屬－半導體（接觸）二極體或表面勢壘二極體，它是一種熱載流子二極體。SBD的結構及特點使其適合於在低壓、大電流輸出場合用作高頻整流，在非常高的頻率下（如X波段、C波段、S波段和Ku波段）用於檢波和混頻，在高速邏輯電路中用作箝位。

肖特基二極體的主要優點包括兩個方面：

1）由於肖特基勢壘高度低於PN結勢壘高度，故其正嚮導通門限電壓和正向壓降都比PN結二極體低（約低0.2V）。

2）由於肖特基二極體是一種多數載流子導電器件，不存在少數載流子壽命和反向恢復問題。肖特基二極體的反向恢復時間只是肖特基勢壘電容的充、放電時間，完全不同於PN結二極體的反向恢復時間。由於肖特基二極體的反向恢復電荷非常少，故開關速度非常快，開關損耗也特別小。

當然，由於肖特基二極體的反向勢壘較薄，並且在其表面較易擊穿，所以反向擊穿電壓比較低；肖特基二極體比PN結二極體更容易受熱擊穿，反向漏電流比PN結二極體大。不過近幾年，SBD已取得了突破性的進展，150V和200V的高壓SBD已經上市，使用新型材料製作的超過1kV的SBD也研製成功，從而為其套用注入了新的生機與活力。

4、檢波二極體

檢波二極體是用於把迭加在高頻載波上的低頻信號檢出來的器件,它具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。選用時，應根據電路的具體要求來選擇工作頻率高、反向電流小、正向電流足夠大的檢波二極體。雖然檢波和整流的原理是一樣的，而整流的目的只是為了得到直流電，而檢波則是從被調製波中取出信號成分（包絡線）。因檢波是對高頻波整流，二極體的結電容一定要小，通常為點接觸二極體；為提高檢波效率，要求正向電壓降VF要小，所以通常採用正向壓降比較低的鍺材料，目前，結電容小的肖特基二極體已廣泛套用檢波領域，如1N60。

5、開關二極體

利用其單嚮導電特性使其成為了一個較理想的電子開關。半導體二極體導通時相當於開關閉合（電路接通），截止時相當於開關打開（電路切斷），所以二極體可作開關用。開關二極體是專門用來做開關用的二極體，它由導通變為截止或由截止變為導通所需的時間比一般二極體短。

開關二極體除能滿足普通二極體的性能指標要求外，還具有良好的高頻開關特性（反向恢復時間較短），被廣泛套用於各類高頻電路中。

開關二極體分為普通開關二極體、高速開關二極體、超高速開關二極體、低功耗開關二極體、高反壓開關二極體等多種。常用的國產普通開關二極體有2AK系列，高速開關二極體有2CK系列。進口高速、超高速開關二極體有1N系列、1S系列、1SS系列（有引線塑封）和RLS系列（表面安裝）等等。

6、PIN型二極體（PIN Diode）

這是在P區和N區之間夾一層本徵半導體（或低濃度雜質的半導體）構造的晶體二極體。PIN中的I是“本徵”意義的英文略語。當其工作頻率超過100MHz時，由於少數載流子的存貯效應和“本徵”層中的渡越時間效應，其二極體失去整流作用而變成阻抗元件，並且，其阻抗值隨偏置電壓而改變。在零偏置或直流反向偏置時，“本徵”區的阻抗很高；在直流正向偏置時，由於載流子注入“本徵”區，而使“本徵”區呈現出低阻抗狀態。因此，可以把PIN二極體作為可變阻抗元件使用。它常被套用於高頻開關（即微波開關）、移相、調製、限幅等電路中。