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整流二極管(rectifier diode)一種用于將交流電轉變為直流電的半導體器件。二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中,電流只能從二極管的正極流入,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2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),稱為正向導通狀態。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。整流二極管具有明顯的單向導電性。整流二極管可用半導體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高,反向漏電流小,高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造(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。整流二極管主要用于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。

整流二極管一般為平面型硅二極管,用于各種電源整流電路中。

選用整流二極管時,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管,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管即可。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沖整流電路中使用的整流二極管,應選用工作頻率較高、反向恢復時間較短的整流二極管(例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等)或選擇快恢復二極管。還有一種肖特基整流二極管。

整流二極管是利用PN結的單向導電特性,把交流電變成脈動直流電。整流二極管漏電流較大,多數采用面接觸性料封裝的二極管。整流二極管的外形如圖3所示,另外,整流二極管的參數除前面介紹的幾個外,還有最大整流電流,是指整流二極管長時間的工作所允許通過的最大電流值。它是整流二極管的主要參數,是選項用整流二極管的主要依據。

1、最大平均整流電流IF:指二極管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管的平均電流不能大于此值,并要滿足散熱條件。例如1N4000系列二極管的IF為1A。

2、最高反向工作電壓VR:指二極管兩端允許施加的最大反向電壓。若大于此值,則反向電流(IR)劇增,二極管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:它是二極管在最高反向工作電壓下允許流過的反向電流,此參數反映了二極管單向導電性能的好壞。因此這個電流值越小,表明二極管質量越好。

4、擊穿電壓VB:指二極管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:它是二極管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,則二極管的單向導電性能將不能很好地體現。例如1N4000系列二極管的fm為3kHz。另有快恢復二極管用于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:指二極管兩端電壓為零時,擴散電容及結電容的容量之和。值得注意的是,由于制造工藝的限制,即使同一型號的二極管其參數的離散性也很大。手冊中給出的參數往往是一個范圍,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系列硅塑封整流二極管的IR小于10uA,而在100°C時IR則變為小于500uA。

1、防雷、過電壓保護措施不力。整流裝置未設置防雷、過電壓保護裝置,即使設置了防雷、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,使發電機長期處于高轉速下運行,而整流管也就長期處于較高的電壓下工作,促使整流管加速老化,并被過早地擊穿損壞。

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、設備安裝或制造質量不過關。由于發電機組長期處于較大的振動之中運行,使整流管也處于這一振動的外力干擾之下;同時由于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回路中發生的過電壓或過電流暫態過程峰值的襲擊而損壞。

整流二極管損壞后,可以用同型號的整流二極管或參數相同其它型號整流二極管代換。

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

首先將整流器中的整流二極管全部拆下,用萬用表的100×R或1000×R歐姆檔,測量整流二極管的兩根引出線(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,說明該二極管是好的(發生了軟擊穿的二極管除外)。若兩次測得的電阻值幾乎相等,而且電阻值很小,說明該二極管已被擊穿損壞,不能使用。如果兩次測量的阻值都是無窮大,說明此二極管已經內部斷開,不能使用。

二極管型號,用途,最高反向工作電壓VR,最大平均整流電流IF

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

1N4002 硅整流二極管 100V, 1A,

1N4003 硅整流二極管 200V, 1A,

1N4004 硅整流二極管 400V, 1A,

1N4005 硅整流二極管 600V, 1A,

1N4006 硅整流二極管 800V, 1A,

1N4007 硅整流二極管 1000V, 1A,

1N4148 硅開關二極管 75V, 4PF,Ir=25nA,Vf=1V,

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

1N5392 硅整流二極管 100V,1.5A,

1N5393 硅整流二極管 200V,1.5A,

1N5394 硅整流二極管 300V,1.5A,

1N5395 硅整流二極管 400V,1.5A,

1N5396 硅整流二極管 500V,1.5A,

1N5397 硅整流二極管 600V,1.5A,

1N5398 硅整流二極管 800V,1.5A,

1N5399 硅整流二極管 1000V,1.5A,

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

1N5401 硅整流二極管 100V,3A,

1N5402 硅整流二極管 200V,3A,

1N5403 硅整流二極管 300V,3A,

1N5404 硅整流二極管 400V,3A,

1N5405 硅整流二極管 500V,3A,

1N5406 硅整流二極管 600V,3A,

1N5407 硅整流二極管 800V,3A,

1N5408 硅整流二極管 1000V,3A,

1S1553 硅開關二極管 70V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

1S1554 硅開關二極管 55V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

1S1555 硅開關二極管 35V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

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

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

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

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

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

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

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

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

2AN1 二極管 5A, f=100KHz

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

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

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

2CK103 硅開關二極管 20V,100mA, 2PF,100ma,

2CK104 硅開關二極管 35V,100mA, 10nS,2PF,225ma,

2CK105 硅開關二極管 35V,100mA, 4nS,2PF,225ma,

2CK106 硅開關二極管 75V,100mA, 4nS,2PF,100ma,

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

2CK108 硅開關二極管 70V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

2CK109 硅開關二極管 35V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

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

2CK111 硅開關二極管 55V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,

2CK150 硅開關二極管 15V, Ir≤25nA, Vf≤1.2V,≤2PF,

2CK161 硅開關二極管 15V, Ir≤25nA, Vf≤1.2V,≤2PF,

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

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

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

2CK2471 硅開關二極管 80V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,

2CK2472 硅開關二極管 50V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,

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

2CN1A 硅二極管 400V, 1A, f=100KHz,

2CN1B 硅二極管 100V, 1A, f=100KHz,

2CN3 硅二極管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3D 硅二極管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3E 硅二極管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3F 硅二極管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3G 硅二極管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3H 硅二極管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3I 硅二極管 V, 1A, f=100KHz,

2CN3K 硅二極管 V, 1A, f=100KHz,

2CN4D 硅二極管 V, 1.5A,f=100KHz,

2CN5D 硅二極管 V, 1.5A, f=100KHz,

2CN6 硅二極管 V, 1A, f=100KHz,

2CP1553 硅二極管 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,

2CP1554 硅二極管 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,

2CP1555 硅二極管 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,

開關電源中的整流二極管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,可以采用以下三種類型的整流二極管:快速恢復整流二極管;超快速恢復整流二極管;肖特基整流二極管。快速恢復和超快恢復整流二極管具有適中的和較高的正向電壓降,其范圍是從0.8~1.2V。這兩種整流二極管還具有較高的截止電壓參數。因此,它們特別適合于在小功率的、輸出電壓在12V左右的輔助電源電路中使用。

由于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管,快速恢復整流二極管和超快速恢復整流二極管的反向恢復時間莎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管時,其反向恢復時間至少應該是開關晶體管的上升時間的1/3。這兩種整流二極管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管的噪聲較小,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,并不能滿足開關電源的工作要求。

快速恢復整流二極管和超快恢復整流二極管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,這些二極管在制造時允許的結溫在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。 肖特基整流二極管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管特別適用于5V左右的低電壓輸出電路中。肖特基整流二極管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。

肖特基整流二極管有兩大缺點:其一,反向截止電壓的承受能力較低,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管的特性與參數。