初級模擬電路：1-6 二極管數據規格書

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      一般，半導體元器件的製造商會爲本身每一種型號的產品提供一個描述其參數性能的詳細說明書，術語叫做datasheet，中文叫做「數據規格書」，也叫「數據手冊」。下面咱們以經常使用的1N4148二極管爲例，來介紹如何閱讀二極管的數據手冊。

      在www.alldatasheet.com上，你能夠搜到絕大多數元器件的數據規格書。不少通用元器件，你均可以找到多個不一樣的製造商提供的datasheet，其實都大同小異。本節咱們以PHILIPS半導體公司（恩智浦半導體的前身）生產的1N4148二極管的datasheet做爲解讀範例。

      點擊此連接能夠閱讀和下載1N41481的數據規格書。

 

1.   產品特點

      通常在datasheet正文的最前面，製造商會把它認爲這個產品最牛X的特點性能給單獨介紹一下，有經驗的電子工程師看一眼datasheet的頭部介紹，就能夠知道這款產品的大致狀況了。我把其中重點須要的關注的用紅色標註了一下，見下圖所示：

圖 1-6.01 

      FEATURES 欄介紹了幾個最突出的特色：

      （1） 第1條就是封裝形式，SOD27和DO-35是同一種封裝尺寸的不一樣叫法，而且是玻璃封裝，具體的尺寸可見datasheet後面的第7頁。

      （2） 高速的開關性是這個二極管最重要的特點，max 4ns是指它的反向恢復時間最大不會超過4納秒。

      （3） Continuous reverse voltage 就是二極管可承受的「持續反偏電壓」，這裏最大爲75V。

      （4） Repetitive peak reverse voltage 是指「可重複峯值反偏電壓」，對於有的二極管，它能夠瞬間承受一下比它可承受的「持續反偏電壓」要高一點的峯值反偏電壓而不損壞。咱們這個二極管並不具有這樣的能力，因此它的「可重複峯值反偏電壓」也是75V。

      （5） 最後是「可重複正偏峯值電流」，最大爲450mA。

      看完了這幾條，咱們對這個二級管的性能就能有一個大概初步印象了。

 

2.   性能數據參數

      後面就是二極管各個具體性能指標參數了，這個datasheet中分了三個表格來描述，也有的廠家都寫在一個表格裏的。下面咱們一條條來看：

（1） 極限性能參數

圖 1-6.02 

      ● V_RRM：可重複的峯值反偏電壓，前面已經介紹過了，最大爲75V。

      ● V_R：持續反偏電壓，前面也介紹過了，最大爲75V。

      ● I_F：持續正偏電流，最大爲200mA。注意這是持續正偏電流，而前面FEATURES中那個450mA是短暫的峯值正偏電流，只能持續很短期。並且，這個200mA也是受溫度影響的，因此它在表格中提到叫你去看datasheet下面的圖2（Fig.2）:

      這個200mA僅在室溫25℃下是成立的，當溫度高於25℃時，二極管可承受的正偏電流直線降低，到200℃時就不能用了。並且它這裏還用note 1備註了一下這個「溫度-電流」曲線的測試條件（見表格下方Note）：是將二極管安裝在FR4材料的印刷線路板上，而且二極管兩端的引腳留了10mm的長度。

      ● I_FRM：峯值正偏電流，前面已經介紹過了，最大爲450mA。

      ● I_FSM：非可重複的峯值正偏電流，這個在表格中列出了在溫度爲25℃測試條件下的三個測試值：若是峯值電流只持續1us，那麼能夠承受最大4A正偏電流而不被擊穿；若是峯值電流持續1ms，則只能承受1A的正偏峯值電流；持續1s則只能承受0.5A。並且還叫你去看下面圖4 （Fig.4）的詳細曲線：

      圖中橫座標的時間單位爲us，縱座標的電流因爲跨度比較大，因此使用了對數座標，注意看圖中2個紅圈處，與表格中的數據是吻合的。

      ● P_tot：總耗損功率，最大爲500mW。這也是個很重要的制約參數，當二極管正偏電流較大時，考慮到二極管上約0.7V的壓降，則二極管自己消耗的功率也是很厲害的（功率等於電壓乘以電流）。因此作設計時，除了保證電流不能超限之外，還要計算一下耗損功率是否超限，這個新手經常會忘記，要注意一下。

      ● T_stg：倉儲保存溫度，爲-65~200℃。

      ● T_j：結溫度（即工做溫度），最大爲200℃，前面咱們在Fig.2中已經看到了，當工做溫度到達200℃時，正向電流降爲0。

 

（2）通常性能參數

圖 1-6.03 

      ● V_F：正向電流，表格中給了3個典型值：分別是當正偏電流爲10mA、5mA、100mA時測得的正偏電壓數據，並在圖3（Fig.3）中給出了正偏伏安特性曲線，這個就是二極管最重要的伏安特性曲線：

      這裏還須要說明一下，因爲工藝條件的制約，每一個實際的半導體元器的性能都會略有差別，因此廠家會劃定一條合格指標線，只要達到這個指標的，都算合格，達不到的則做爲次品降級賣，或者做爲廢品處理掉。在表中可看到，10mA時，最大電壓爲1V，也就是說，當你須要10mA的正偏電流時，須要外加的正偏電壓怎麼都不會超過1V，若是超過1V還達不到10mA的正偏電流，這個就算次品了。後面100mA也是相似。而對於5mA來講，則要求更爲嚴格，同時有最大和最小兩個電壓值的限制：若是外加正偏電壓在小於0.62V的狀況下就產生了5mA的正偏電流，則屬於提早導通，也視爲次品。

      ● I_R：反偏電流，表格中給了在20V反偏電壓條件下，常溫時和150℃時的反偏電流值，分別爲25nA和50uA，相差達500倍。更詳細的數據曲線則提示你去看下面的圖5（Fig.5），圖中給出了在反偏電壓分別爲20V和75V時的「溫度-反偏電流」關係曲線：

      上圖中能夠看到，反偏電流受溫度影響的變化範圍很是大，因此在縱軸使用了對數座標，變化範圍從10^-2級到10²級，跨度將近10000倍。

      ● C_d，二極管電容，這裏不區分勢壘電容和擴散電容，只給出了在頻率爲1MHz 的0V交流電壓偏置下實際測得的總二極管電容值，最大爲4pF。這個0V是指交流電壓的平均值，瞬時值有正有負，因此是有頻率的。而且在後面的圖6（Fig.6）中給出了反偏電壓和二極管電容的關係曲線：

      在上圖中能夠看到，二極管電容確實是隨着反偏電壓的增大而減少。

      ● t_rr，反向恢復時間，表格中給出了在特定測試條件下，從正偏切到反偏的反向恢復時間，最大值爲4ns。表格中給出了測試時的特定參數條件，並在圖7（Fig.7）給出了測試電路。這個圖其實我看得是有點疑惑的，可能須要半導體廠家的專業測試人員進行解讀吧。

      ● V_fr，正向恢復電壓，最大爲2.5V。這個前面沒講，這個參數主要是在設計開關電源時用的，比較偏門。大意是指，對一個處於截止狀態的二級管，若是忽然給它強加一個正偏的電流源（表格中爲50mA），此時二級管會在一個極短期（表格中t_r=20ns）達到50mA的正偏電流，但與此同時，二極管兩端的正偏電壓會飆升到2.5V左右（電流源的特性是電流固定，電壓能夠任意提供），而後須要一點恢復時間t_fr，正偏電壓纔回落到正常的0.7V左右。

 

（3）熱阻特性參數

圖 1-6.04 

      熱阻（thermal resistance）是指，導體阻止熱量散失的能力，以1W發熱源在導熱路徑兩端造成的溫度差爲衡量指標，單位爲：℃/W或K/W。通常來講，熱阻越大，其散熱能力就越差。

      ● R_{th j-tp}：元器件熱源結與鏈接點（管腳）之間的熱阻。

      ● R_{th j-a}：元器件熱源結與周圍環境之間的熱阻。

      例如，當二級管的正偏電流爲50mA，正偏電流爲0.7V時，其結上的耗損功率可計算得：

      則根據R_{th j-a}熱阻參數，結與周圍環境溫度的溫差爲：

      當週圍環境溫度爲25℃時，結上的溫度爲：25+12.25=37.25℃。所以，在50mA的正偏電流時，雖然工做在常溫下，但二極管的各個電性能參數應以37.25℃爲參照來進行考慮。

     

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