初级模拟电路：1-6 二极管数据规格书

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      通常，半导体元器件的制造商会为自己每一种型号的产品提供一个描述其参数性能的详细说明书，术语叫作datasheet，中文叫作“数据规格书”，也叫“数据手册”。下面我们以常用的1N4148二极管为例，来介绍如何阅读二极管的数据手册。

      在www.alldatasheet.com上，你可以搜到绝大多数元器件的数据规格书。很多通用元器件，你都可以找到多个不同的制造商提供的datasheet，其实都大同小异。本节我们以PHILIPS半导体公司（恩智浦半导体的前身）生产的1N4148二极管的datasheet作为解读范例。

      点击此链接可以阅读和下载1N41481的数据规格书。

1.   产品特色

      一般在datasheet正文的最前面，制造商会把它认为这个产品最牛X的特色性能给单独介绍一下，有经验的电子工程师看一眼datasheet的头部介绍，就可以知道这款产品的大体情况了。我把其中重点需要的关注的用红色标注了一下，见下图所示：

图 1-6.01 

      FEATURES 栏介绍了几个最突出的特点：

      （1） 第1条就是封装形式，SOD27和DO-35是同一种封装尺寸的不同叫法，并且是玻璃封装，具体的尺寸可见datasheet后面的第7页。

      （2） 高速的开关性是这个二极管最重要的特色，max 4ns是指它的反向恢复时间最大不会超过4纳秒。

      （3） Continuous reverse voltage 就是二极管可承受的“持续反偏电压”，这里最大为75V。

      （4） Repetitive peak reverse voltage 是指“可重复峰值反偏电压”，对于有的二极管，它可以瞬间承受一下比它可承受的“持续反偏电压”要高一点的峰值反偏电压而不损坏。我们这个二极管并不具备这样的能力，所以它的“可重复峰值反偏电压”也是75V。

      （5） 最后是“可重复正偏峰值电流”，最大为450mA。

      看完了这几条，我们对这个二级管的性能就能有一个大概初步印象了。

2.   性能数据参数

      后面就是二极管各个具体性能指标参数了，这个datasheet中分了三个表格来描述，也有的厂家都写在一个表格里的。下面我们一条条来看：

（1） 极限性能参数

图 1-6.02 

      ● V_RRM：可重复的峰值反偏电压，前面已经介绍过了，最大为75V。

      ● V_R：持续反偏电压，前面也介绍过了，最大为75V。

      ● I_F：持续正偏电流，最大为200mA。注意这是持续正偏电流，而前面FEATURES中那个450mA是短暂的峰值正偏电流，只能持续很短时间。而且，这个200mA也是受温度影响的，所以它在表格中提到叫你去看datasheet下面的图2（Fig.2）:

      这个200mA仅在室温25℃下是成立的，当温度高于25℃时，二极管可承受的正偏电流直线下降，到200℃时就不能用了。而且它这里还用note 1备注了一下这个“温度-电流”曲线的测试条件（见表格下方Note）：是将二极管安装在FR4材料的印刷线路板上，并且二极管两端的引脚留了10mm的长度。

      ● I_FRM：峰值正偏电流，前面已经介绍过了，最大为450mA。

      ● I_FSM：非可重复的峰值正偏电流，这个在表格中列出了在温度为25℃测试条件下的三个测试值：如果峰值电流只持续1us，那么可以承受最大4A正偏电流而不被击穿；如果峰值电流持续1ms，则只能承受1A的正偏峰值电流；持续1s则只能承受0.5A。而且还叫你去看下面图4 （Fig.4）的详细曲线：

      图中横坐标的时间单位为us，纵坐标的电流由于跨度比较大，所以使用了对数坐标，注意看图中2个红圈处，与表格中的数据是吻合的。

      ● P_tot：总耗损功率，最大为500mW。这也是个很重要的制约参数，当二极管正偏电流较大时，考虑到二极管上约0.7V的压降，则二极管本身消耗的功率也是很厉害的（功率等于电压乘以电流）。所以做设计时，除了保证电流不能超限以外，还要计算一下耗损功率是否超限，这个新手常常会忘记，要注意一下。

      ● T_stg：仓储保存温度，为-65~200℃。

      ● T_j：结温度（即工作温度），最大为200℃，前面我们在Fig.2中已经看到了，当工作温度到达200℃时，正向电流降为0。

（2）一般性能参数

图 1-6.03 

      ● V_F：正向电流，表格中给了3个典型值：分别是当正偏电流为10mA、5mA、100mA时测得的正偏电压数据，并在图3（Fig.3）中给出了正偏伏安特性曲线，这个就是二极管最重要的伏安特性曲线：

      这里还需要说明一下，由于工艺条件的制约，每个实际的半导体元器的性能都会略有差异，所以厂家会划定一条合格指标线，只要达到这个指标的，都算合格，达不到的则作为次品降级卖，或者作为废品处理掉。在表中可看到，10mA时，最大电压为1V，也就是说，当你需要10mA的正偏电流时，需要外加的正偏电压怎么都不会超过1V，如果超过1V还达不到10mA的正偏电流，这个就算次品了。后面100mA也是类似。而对于5mA来说，则要求更为严格，同时有最大和最小两个电压值的限制：如果外加正偏电压在小于0.62V的情况下就产生了5mA的正偏电流，则属于提前导通，也视为次品。

      ● I_R：反偏电流，表格中给了在20V反偏电压条件下，常温时和150℃时的反偏电流值，分别为25nA和50uA，相差达500倍。更详细的数据曲线则提示你去看下面的图5（Fig.5），图中给出了在反偏电压分别为20V和75V时的“温度-反偏电流”关系曲线：

      上图中可以看到，反偏电流受温度影响的变化范围非常大，所以在纵轴使用了对数坐标，变化范围从10^-2级到10²级，跨度将近10000倍。

      ● C_d，二极管电容，这里不区分势垒电容和扩散电容，只给出了在频率为1MHz 的0V交流电压偏置下实际测得的总二极管电容值，最大为4pF。这个0V是指交流电压的平均值，瞬时值有正有负，所以是有频率的。并且在后面的图6（Fig.6）中给出了反偏电压和二极管电容的关系曲线：

      在上图中可以看到，二极管电容确实是随着反偏电压的增大而减小。

      ● t_rr，反向恢复时间，表格中给出了在特定测试条件下，从正偏切到反偏的反向恢复时间，最大值为4ns。表格中给出了测试时的特定参数条件，并在图7（Fig.7）给出了测试电路。这个图其实我看得是有点疑惑的，可能需要半导体厂家的专业测试人员进行解读吧。

      ● V_fr，正向恢复电压，最大为2.5V。这个前面没讲，这个参数主要是在设计开关电源时用的，比较偏门。大意是指，对一个处于截止状态的二级管，如果突然给它强加一个正偏的电流源（表格中为50mA），此时二级管会在一个极短时间（表格中t_r=20ns）达到50mA的正偏电流，但与此同时，二极管两端的正偏电压会飙升到2.5V左右（电流源的特性是电流固定，电压可以任意提供），然后需要一点恢复时间t_fr，正偏电压才回落到正常的0.7V左右。

（3）热阻特性参数

图 1-6.04 

      热阻（thermal resistance）是指，导体阻止热量散失的能力，以1W发热源在导热路径两端形成的温度差为衡量指标，单位为：℃/W或K/W。一般来说，热阻越大，其散热能力就越差。

      ● R_{th j-tp}：元器件热源结与连接点（管脚）之间的热阻。

      ● R_{th j-a}：元器件热源结与周围环境之间的热阻。

      例如，当二级管的正偏电流为50mA，正偏电流为0.7V时，其结上的耗损功率可计算得：

      则根据R_{th j-a}热阻参数，结与周围环境温度的温差为：

      当周围环境温度为25℃时，结上的温度为：25+12.25=37.25℃。因此，在50mA的正偏电流时，虽然工作在常温下，但二极管的各个电性能参数应以37.25℃为参照来进行考虑。

     

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（ end of 1-6 ）

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