肖特基快恢复达林顿

1、肖特基二极管是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。 其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅 0.4V左右，而整 流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。 中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体 B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导 体器件。因为 N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自 由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的 A中扩散。显然，金属 A 中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩 散到A，B表面电

2、子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒， 其电场方向为 B A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从 AB的 漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的 空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动 达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。 典型的肖特基整流管的内部电路结构是以N型半导体为基片，在上面 形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极使用钼或铝等材料制成阻档层。用二 氧化硅（SiO2）来消除边缘区域的电场，提高管子的耐压值。N型基片具有 很小的通态电阻，其掺杂浓度较H-层要高100%咅。在基片下边形成 N+阴极 层，其作用是减小阴极的接触电

3、阻。通过调整结构参数，N型基片和阳极金 属之间便形成肖特基势垒，如图所示。当在肖特基势垒两端加上正向偏压 邙日极金属接电源正极，N型基片接电源负极）时，肖特基势垒层变窄，其 内阻变小；反之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则 变宽，其内阻变大。 综上所述，肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别通常 将PN结整流管称作结整流管，而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管， 近年来，采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世，这不仅可节 省贵金属，大幅度降低成本，还改善了参数的一致性 SBD具有开关频率高和正向压降低等优点，但其反向击穿电压比较低， 大多不高于 60V，最高仅

4、约100V，以致于限制了其应用范围。像在开关电 源（SMPS和功率因数校正（PFC电路中功率开关器件的续流二极管、变 压器次级用100V以上的高频整流二极管、RCD缓冲器电路中用 600V1.2kV 的高速二极管以及 PFC升压用600V二极管等，只有使用快速恢复外延二极 管（FRED和超快速恢复二极管（ UFRD）。目前UFRD的反向恢复时间 Trr 也在20ns以上，根本不能满足像空间站等领域用1MHz3MHz的SMPS需 要。即使是硬开关为 100kHz的SMPS,由于UFRD的导通损耗和开关损耗均 较大，壳温很高，需用较大的散热器，从而使SMPS体积和重量增加，不符 合小型化和轻薄化的

5、发展趋势。因此，发展100V以上的高压 SBD, 直是 人们研究的课题和关注的热点。近几年，SBD已取得了突破性的进展，150V 和200V的高压SBD已经上市，使用新型材料制作的超过1kV的SBD也研 制成功，从而为其应用注入了新的生机与活力。 肖特基二极管分为有引线和表面安装（贴片式）两种圭寸装形式。采用 有引线式封装的肖特基二极管通常作为高频大电流整流二极管、续流二极 管或保护二极管使用。它有单管式和对管（双二极管）式两种封装形式。 肖特基对管又有共阴（两管的负极相连）、共阳（两管的正极相连）和串 联（一只二极管的正极接另一只二极管的负极）三种管脚引出方式。 采用表面封装的肖特基二极管有

6、单管型、双管型和三管型等多种封装 形式，有A19种管脚引出方式 特点： SBD的主要优点包括两个方面： 1） 由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度，故其正向导通门限电压 和正向压降都比 PN结二极管低（约低 0.2V ）。 2）由于SBD是一种多数载流子导电器件，不存在少数载流子寿命和反 向恢复问题。SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间，完 全不同于PN结二极管的反向恢复时间。由于SBD的反向恢复电荷非常少， 故开关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适合于高频应用。 但是，由于 SBD的反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以 反向击穿电压比较低。由于SBD比PN结二极管更

7、容易受热击穿，反向漏电 流比PN结二极管大。 应用： SBD的结构及特点使其适合于在低压、大电流输出场合用作高频整流， 在非常高的频率下（如 X波段、C波段、S波段和Ku波段）用于检波和混 频，在高速逻辑电路中用作箝位。在IC中也常使用SBD像SBD?TTL集成 电路早已成为TTL电路的主流，在高速计算机中被广泛采用。 除了普通PN结二极管的特性参数之外，用于检波和混频的SBD电气参 数还包括中频阻抗（指 SBD施加额定本振功率时对指定中频所呈现的阻抗， 一般在200 Q600 Q之间）、电压驻波比（一般W 2）和噪声系数等。 作用： 肖特基二极管肖特基（Schottky ）二极管，又称肖特基

8、势垒二极管（简 称SBD），它属一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢 复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右。其多用作高 频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波 通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频 器等中比较常见。 一个典型的应用，是在双极型晶体管BJT的开关电路里面，通过在 BJT上连接Shockley 二极管来箝位，使得晶体管在导通状态时其实处于 很接近截止状态，从而提高晶体管的开关速度。这种方法是74LS，74ALS， 74AS等典型数字IC 的TTL内部电路中使用的技术。 肖特基（Schottky

9、）二极管的最大特点是正向压降VF比较小。在同 样电流的情况下，它的正向压降要小许多。另外它的恢复时间短。它也有 一些缺点：耐压比较低，漏电流稍大些。选用时要全面考虑。 快恢复二极管（简称FRD是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的 半导体二极管，主要应用于开关电源、PW脉宽调制器、变频器等电子电路中， 作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。快恢复二极管的内部结 构与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅 材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以 快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压（耐压值）较 高

10、。 性能特点： 1）反向恢复时间 反向恢复时间tr的定义是：电流通过零点由正向转换到规定低值的时 间间隔。它是衡量高频续流及整流器件性能的重要技术指标。反向恢复电 流的波形如图1所示。IF为正向电流，IRM为最大反向恢复电流。Irr为反 向恢复电流，通常规定Irr=0.1IRM 。当t t0时，由于整流器件上的正向电压突然变成反向电压，因此正向电流迅速 降低，在t=t1时刻，I=0。然后整流器件上流过反向电流IR，并且IR逐渐 增大；在t=t2时刻达到最大反向恢复电流IRM值。此后受正向电压的作用， 反向电流逐渐减小，并在 t=t3时刻达到规定值Irr。从t2到t3的反向恢 复过程与电容器放电

11、过程有相似之处。 2）快恢复、超快恢复二极管的结构特点 快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同，它是在P型、N型硅材料 中间增加了基区I，构成P-I-N硅片。由于基区很薄，反向恢复电荷很小， 不仅大大减小了trr值，还降低了瞬态正向压降，使管子能承受很高的反 向工作电压。快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒，正向压降约 为0.6V，正向电流是几安培至几千安培，反向峰值电压可达几百到几千伏。 超快恢复二极管的反向恢复电荷进一步减小，使其trr可低至几十纳秒。 20A以下的快恢复及超快恢复二极管大多采用TO-220封装形式。从内 部结构看，可分成单管、对管（亦称双管）两种。对管内部包含两只快恢

12、 复二极管，根据两只二极管接法的不同，又有共阴对管、共阳对管之分。 图2（a）是C20-04型快恢复二极管（单管）的外形及内部结构。 （b）图和（c） 图分别是C92-02型（共阴对管）、MUR1680A型（共阳对管）超快恢复二极 管的外形与构造。它们均采用TO-220塑料封装，几十安的快恢复二极管一 般采用TO-3P金属壳封装。更大容量（几百安几千安）的管子则采用螺栓 型或平板型封装形式。 检测方法： 1）测量反向恢复时间 测量电路如图 3。由直流电流源供规定的IF，脉冲发生器经过隔直电 容器C加脉冲信号，利用电子示波器观察到的trr值，即是从1=0的时刻 到IR=lrr时刻所经历的时间。设

13、器件内部的反向恢电荷为 Qrr，有关系式： trr 2Qrr/IRM （5.3.1） 由式（5.3.1）可知，当IRM为一定时，反向恢复电荷愈小，反向恢复时 间就愈短。 2）常规检测方法 在业余条件下，利用万用表能检测快恢复、超快恢复二极管的单向导 电性，以及内部有无开路、短路故障，并能测出正向导通压降。若配以兆 欧表，还能测量反向击穿电压。实例：测量一只C90-02超快恢复二极管， 其主要参数为：trr=35ns ，Id=5A，IFSM=50A, VRM=700V 外型同图（a）。 将500型万用表拨至 RX1档，读出正向电阻为 6.4 Q，n =19.5格；反向 电阻则为无穷大。进一步求得

14、VF=0.03V/格X 19.5=0.585V。证明管子是好 的。 注意事项： 1）有些单管，共三个引脚，中间的为空脚，一般在出厂时剪掉，但也 有不剪的。 2）若对管中有一只管子损坏，则可作为单管使用。 3） 测正向导通压降时，必须使用RX1档。若用RX 1k档，因测试电流 太小，远低于管子的正常工作电流，故测出的VF值将明显偏低。在上面例 子中，如果选择 RX1k档测量，正向电阻就等于2.2k Q，此时n =9格。 由此计算出的VF值仅0.27V，远低于正常值（0.6V）。 肖特基二极管和快恢复二极管的区别： 快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多 采用掺金措施，结

15、构上有采用PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。其 正向压降高于普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。从性能上 可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长， 后者则在100纳秒以下。 肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，简称 肖特基二极管（Schottky Barrier Diode），具有正向压降低（0.4-0.5V）、 反向恢复时间很短（10-40纳秒），而且反向漏电流较大，耐压低，一般低 于150 V,多用于低电压场合。 这两种管子通常用于开关电源。 肖特基二极管和快恢复二极管区别：前者的恢复时间比后者小一百倍 左右，前者的反向

16、恢复时间大约为几纳秒 ！ 前者的优点还有低功耗，大电流，超高速!电气特性当然都是二极管 阿！ 快恢复二极管在制造工艺上采用掺金，单纯的扩散等工艺，可获得较高 的开关速度，同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变 电源中做整流元件. 肖特基二极管：反向耐压值较低40V-50V，通态压降 0.3-0.6V，小于 10nS的反向恢复时间。它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。 其正向起始电压较低。其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等 材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为N型半导体。这种器件是由多 数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得 多。

17、由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为 RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可 达100GHz并且，MIS （金属绝缘体半导体）肖特基二极管可以用来制 作太阳能电池或发光二极管。 快恢复二极管：有 0.8-1.1V 的正向导通压降，35-85nS的反向恢复时 间，在导通和截止之间迅速转换，提高了器件的使用频率并改善了波形。 快恢复二极管在制造工艺上采用掺金，单纯的扩散等工艺，可获得较高的开 关速度，同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源 中做整流元件. 达林顿管就是两个三极管接在一起，极性只认前面的三极管。具体接 法如下，以

18、两个相同极性的三极管为例，前面三极管集电极跟后面三极管 集电极相接，前面三极管射极跟后面三极管基极相接，前面三极管功率一 般比后面三极管小，前面三极管基极为达林顿管基极，后面三极管射极为 达林顿管射极，用法跟三极管一样，放大倍数是两个三极管放大倍数的乘 积。 达林顿管原理 达林顿管又称复合管。为共基组合放大器，以组成一只等效的新的三 极管。这等效于三极管的放大倍数是二者之积。在电子学电路设计中，达 林顿接法常用于功率放大器和稳压电源中。 达林顿管的典型应用 1、用于大功率开关电路、电机调速、逆变电路。 2、驱动小型继电器 利用CMOSI路经过达林顿管驱动高灵敏度继电器的电路，如右上图所 示。虚线框内是小功率 NPN达林顿管FN020。 3、驱动LED智能显示屏 LED智能显示屏是由微型计算机控制，以LED矩阵板作显示的系统，可 用来显示各种文字及图案。该系统中的行驱动器和列驱动器均可采用高 B、 高速低压降的达林顿管。图2是用BD683（或BD677）型中功率NPN达林顿管 作为列驱动器，而用BD682（或 BD678）型PNP达林顿管作行驱动器，控制 8X 8LED矩阵板上相应