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  • 降低激光的器工作电压串联电阻和阈值电流来提高转换效率、电子技术,开发板制作交流
  • 针对基于运算放大器和MOSFET管的串联电池组单体电池电压测量方法存在漏电流的问题,提出了一种改进的电压测量方法。在每节电池的两端增加了一个电压跟随器,可有效降低漏电流;增加了光电继电器作为运算放大器的电源...
  • 对于给定电压,可使用外部串联电阻来降低输入电流。 4、背靠背二极管 当允许输入电压范围超过电源电压时,也可使用背靠背二极管。下图所示的放大器采用背靠背二极管来为器件提供ESD保护,采用3.3 V电源供电时,其...

    目录

    1、连接到电源的二极管

    2、限流JFET场效应管

    3、二极管堆叠

    4、背靠背二极管

    5、无ESD箝位

    6、其他影响因素


    有许多应用的输入不受系统控制,而是连接到外部世界,例如测试设备、仪器仪表和某些检测设备。对于此类应用,输入电压可能会超过前端放大器的额定最大电压,因而必须采用保护方案来维持设计的使用范围和鲁棒性。前端放大器的内部ESD二极管有时会用来箝位过压状况,但为了确保这种箝位能够提供充分可靠的保护,需要考虑许多因素。正确理解ESD单元在一个器件中是如何实现的,设计人员就能通过适当的电路设计大大扩展放大器的生存范围。

    本文博文将介绍各种类型的ESD实现方案,讨论每种方案的特点,并就如何利用这些单元来提高设计鲁棒性提供指南。

    需要明白,并非所有ESD二极管都是连接到电源和地的简单二极管箝位。还有许多其他的应用方案,例如:多个二极管串联、二极管和电阻、背靠背二极管等。下面介绍一些较为常见的方案。

    1、连接到电源的二极管

    下图是一个放大器实例,二极管连接在输入引脚和电源之间。在正常工作条件下,二极管反偏,但当输入高于正电源电压或低于负电源电压时,二极管变为正偏。当二极管变为正偏时,电流经过放大器的输入端流至相应的电源。

    当过压超过+Vs时,放大器本身不会限制输入电流,需要外部增加串联电阻来限流。当电压低于–Vs时,400 Ω电阻会起到一定的限流作用,设计时应当纳入考虑中。

    下图显示了一个具有相似二极管配置的放大器,但在本例中,电流受内部2.2 kΩ串联电阻的限制。它与上图所示电路的区别不仅在于限流电阻R的值,还在于2.2 kΩ可保护电路不受+Vs以上电压的影响。

    2、限流JFET场效应管

    与以上方案不同,IC设计可以使用限流JFET场效应管代替二极管箝位。下图显示了一个例子,当输入电压超过器件的额定工作范围时,JFET场效应管被用来保护器件。JFET场效应管输入使该器件自身就能耐受相反供电轨的最高40 V电压。由于JFET场效应管会限制流入输入引脚的电流,因此ESD单元无法用作额外的过压保护。

    当需要最高40 V的电压保护时,此器件的JFET场效应管保护可提供严格受控的、可靠的、完全明确的保护方案。

    3、二极管堆叠

    在允许输入电压超过电源电压或地的应用中,可以使用二极管堆叠来防止输入受ESD事件的影响。下图所示的放大器就是采用堆叠二极管保护方案,该配置使用二极管串来防范负瞬变。

    在可用输入范围内,二极管串用于限制漏电流,但当超过负共模范围时,它就会提供保护。记住,二极管串的等效串联电阻是限流措施。对于给定电压,可使用外部串联电阻来降低输入电流。

    4、背靠背二极管

    当允许输入电压范围超过电源电压时,也可使用背靠背二极管。下图所示的放大器采用背靠背二极管来为器件提供ESD保护,采用3.3 V电源供电时,其允许电压最高达到70 V。D4和D5是高压二极管,用于应对输入引脚上可能存在的高电压;当输入电压在正常工作范围以内时,D1和D2用于防止漏电流。

    在这种配置中,不建议使用这些ESD单元来提供过压保护,因为若超过高压二极管的最大反偏电压,很容易造成器件损坏。

    5、无ESD箝位

    某些器件的前端没有ESD器件。很显然,如果没有ESD二极管,设计人员当然无法将其用于箝位。之所以提到这种架构,是因为在研究过压保护 (OVP) 时,需要注意这种情况。下图所示的器件仅使用大阻值电阻保护放大器。

    除了解ESD单元如何实现之外,还必须知道如何利用这些结构提供保护。典型应用使用串联电阻来限制额定电压范围内的电流。

    当放大器配置为下图所示时,或者输入受连接到电源的二极管保护时,输入电流限值可利用以下公式计算。

    上述公式用到一个假设,即VSTRESS > VSUPPLY。若非如此,应测得更精确的二极管电压并将其用于计算,而不要使用0.7 V的近似值。

    下面是一个计算实例,其中放大器采用±15 V电源供电,要防范的输入过压高达±120 V,输入电流限制在1 mA。根据公式,我们可以使用这些输入进行计算:

    根据上述要求,RPROTECTION > 105 kΩ可将二极管电流限制在 1 mA以下。 

    6、其他影响因素

    了解限流

    IDIODE最大值随器件而不同,它还取决于施加过压的特定应用情形。持续数毫秒的一次性事件,与在应用的全部20年或更多年的任务寿命中持续施加电流,其最大电流将会不同。具体指导值可在放大器数据手册的绝对最大值部分或应用笔记中找到,通常在1 mA至10 mA范围内。

    故障模式

    具体保护方案的最大电流额定值最终要受两个因素的限制: 二极管功耗的热影响和电流路径的最大电流额定值。功耗应保持在阈值以下,使工作温度始终处于有效范围;所选电流应在额定最大值范围内,以免电子迁移引起可靠性问题。

    热影响

    当电流流入ESD二极管时,二极管的功耗会引起温度升高。多数放大器数据手册指定了热阻(通常指定ӨJA),它显示了结温升幅与功耗的关系。考虑最差情况下的应用温度,以及功耗引起的最坏温度升幅,可以判断保护电路是否有效。

    电子迁移

    即使电流不引起热问题,二极管电流也可能造成可靠性问题。由于电子迁移,任何电气信号路径都有一个最大寿命电流额定值。二极管电流路径的电子迁移电流限值通常受与二极管串联的内部走线的厚度限制。放大器制造商不一定会发布此信息,但若二极管长时间工作(而不是工作很短时间),就需要予以考虑。

    举个例子,当放大器监控(因而连接到)一个独立于其自身供电轨的电压轨时,电子迁移便可能是一个问题。当存在多个电源域时,可能会发生因电源时序问题而引起电压暂时超过绝对最大条件的情况。考虑最差情况下的电流路径和在整个使用寿命中以此电流工作的持续时间,并了解电子迁移的最大允许电流,便可避免电子迁移引起可靠性问题。

    了解放大器内部ESD二极管如何在过电应力期间激活,有助于轻松提高设计的鲁棒性。研究保护电路的热影响和电子迁移影响,可以凸显潜在的问题并显示是否需要额外的保护。考虑本文提出的条件可以让设计人员作出明智选择,避免在现场发生鲁棒性问题。


    学习来源:ADI智库

    链接:https://download.csdn.net/download/m0_38106923/23183169

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  • 《涨知识啦16》—温度对二极管电压的影响 在《涨知识啦14》中我们提到了影响发光二极管电压的不同因素,如接触电阻、突变异质结引起的电阻以及低载流子浓度和低载流子迁移率等。 除此之外,发光二极管结温是一个十分...

    《涨知识啦16》—温度对二极管电压的影响
    在《涨知识啦14》中我们提到了影响发光二极管电压的不同因素,如接触电阻、突变异质结引起的电阻以及低载流子浓度和低载流子迁移率等。
    除此之外,发光二极管结温是一个十分重要的参数,主要是因为器件内量子效率受结温影响较大,另外高温会引起器件工作寿命的缩短以及封装的加速老化。因此了解结温对器件性能的影响就成了制造发光二极管中十分重要的课题之一,本期我们就简单介绍一下结温对二极管电压的影响。
    理想pn结二极管的IV特性可以由Shockley方程给出,
    在这里插入图片描述
    其中Js是饱和电流密度。对于非简并半导体在正向偏置下,Vf>>kT/e,则有
    在这里插入图片描述
    众所周知,饱和电流密度取决于电子和空穴的扩散常数,电子和空穴的寿命,导带和价带边缘处的有效状态密度以及禁带宽度,然而结温将对以上参数造成一定影响:有效状态密度Nc,v∝T3/2;考虑声子散射,载流子迁移率μ∝T-3/2;根据爱因斯坦关系,载流子扩散常数D∝T-1/2。少数载流子寿命可以随温度降低或增加。由于这种不确定性,假定少数载流子寿命与温度无关。在上式中引用以上温度关系,可以得到:
    在这里插入图片描述
    该方程式给出了正向电压与结温基本关系。等式右侧的第一,第二和第三项和分别描述了固有载流子浓度,禁带宽度和有效状态密度与温度之间的关系。发光二极管的正向工作电压一般约为其内建电压,即Vf≈Vbi。因此在非简并掺杂情况下,
    在这里插入图片描述
    禁带宽度与温度之间的关系可用下式表示,其中α和β为Varshni系数,随着温度的升高,材料的禁带宽度将降低。
    在这里插入图片描述
    引入上两式,结温与正向工作电压的关系可用下式表示:
    在这里插入图片描述
    因此我们知道结温的变化对于材料内部的载流子浓度,载流子迁移率,材料的禁带宽度都有着不容忽视的影响,进而使器件的工作电压发生变化。以红光GaPAs/GaAs LED为例,如下图所示,当温度从77K升高至298K时,器件的阈值电压和串联电阻将会降低,因此在同一工作电压下,工作电流将会升高。
    在这里插入图片描述
    本期的《涨知识啦》就介绍到这里啦!我们下期再见!
    相关内容引自E. F. Schubert, light-emitting diodes, 2nd Edition, New York, Jun., 2006.

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  • 二极管就是将PN结外面封装了一个外壳,所以比起PN结他带有体电阻,这就导致正向电流比PN结小一些,另外加反向电压的时候,不仅仅有PN结的漂移运动,还有外壳的漂移运动,所以反向饱和电流比PN结要大。 温度对二极管...

    半导体二极管

    常见外形
    常见外形

    最右侧的,下面是一个螺丝。这种适用于大电流的场合,当电流较大的时候电磁感应产生的外应力很大,所以需要螺丝固定。

    二极管伏安特性

    二极管就是将PN结外面封装了一个外壳,所以比起PN结他带有体电阻,这就导致正向电流比PN结小一些,另外加反向电压的时候,不仅仅有PN结的漂移运动,还有外壳的漂移运动,所以反向饱和电流比PN结要大。

    温度对二极管的影响

    在这里插入图片描述
    温度上升,正向曲线左移,反向曲线下移。
    正向左移的原因:温度升高的时候,扩散运动加强,多数载流子的运动加剧,在同以电压下,温度越高电流越大,二极管导通电压降低,曲线向左移动。
    反向下移的原因:温度升高,本征激发的少子数目变多,运动加剧,所以反向饱和电流变大,曲线向下移动。

    其他特性:
    室温下,温度每升高1℃,正向压降下降2.2mv
    每升高10℃,反向电流增大一倍。
    利用这个特性,可以使用二极管做出成本极低的测温器。

    二极管的主要参数
    只列举常用的
    如下:

    参数概述
    额定整流电流IF指二极管长期运行时,根据允许温升折算出来的平均电流值。
    最大反向峰值电压VRM最大反向峰值电压VRM指为避免击穿所能加的最大反向电压。
    最大直流反向电压VR上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压,VR是连续加直流电压时的值。用于直流电路,最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的。
    反向饱和漏电流IR指在二极管两端加入反向电压时,流过二极管的电流。
    最高工作频率fM由于PN结的结电容存在,当工作频率超过某一值时,它的单向导电性将变差。
    最大功率P加在二极管两端的电压乘以流过的电流。这个极限参数对稳压二极管,可变电阻二极管显得特别重要。

    关于上限截止频率:因为PN结形成的势垒电容和扩散电容组成了PN结的结电容,当频率过高的时候,因为结电容的存在,将会令二极管失去单向导电性,所以二极管有上限截止频率,一般在低频电路中不做考虑。

    二极管的等效电路

    做等效电路的思路是伏安特性折线化,使用线性元件,将二极管的的伏安特性曲线表达出来。
    二极管的等效电路
    (a):二极管的理想模型,正向导通电压为0,反向截止。
    (b):正向二极管有一个开启电压,反向截止,这个是常用的等效模型。
    (c):正向在b的基础上增加了一个电阻,反向截止。

    二极管的简单电路

    限幅电路,整流电路,如下
    简单电路
    直流电压源和交流电压源同时作用的二极管电路
    如下图:
    直流电压源和交流电压源同时作用的二极管电路

    二极管的微变等效电路
    通过上面直流交流同时作用我们可以知道:

    直流作用下,可以得到ID。
    交流作用下,rd=UT/ID
    此时,二极管等效成为了一个阻值为rd的电阻。

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  • 光电二极管是在反向电压作用之下工作的,在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 输出电压=输入光信号 ×响应度×...

    光电二极管(Photo-Diode)是由一个PN结组成的半导体器件,具有单方向导电特性。光电二极管是在反向电压作用之下工作的,在一般照度的光线照射下,所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号,而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

    输出电压=输入光信号 ×响应度×50Ω负载 

    结光电二极管是一种基本器件,功能类似于普通的信号二极管,但在结半导体的耗尽区吸收光时,会产生光电流。光电二极管是一种快速、高线性度的器件,在应用中具有高量子效率,适合多种应用。

    根据入射光确定期望的输出电流水平和响应度是有必要的。图1描绘了一个结光电二极管模型,它由基本的独立元件组成,这样便于直观地了解光电二极管的主要性质,更好地掌握Thorlabs光电二极管的工作过程。

    Equation 1
    Photodiode Circuit Diagram

    图1: 光电二极管模型

    光电二极管相关术语

    响应度
    光电二极管的响应度可以定义为给定波长下,产生的光电流(IPD)和入射光功率(P)之比:

    Equation 2

    工作模式(光导模式和光伏模式)
    光电二极管有两种工作模式:光导模式(反向偏置)或光伏模式(零偏置)。工作模式的选择根据应用中速度和可接受暗电流大小(漏电流)而定。

    光导模式
    处于光导模式时,有一个外加的偏压,这是我们DET系列探测器的基础。电路中测得的电流代表器件接受到的光照; 测量的输出电流与输入光功率成正比。 外加偏压使得耗尽区的宽度增大,响应度增大,结电容变小,响应度趋向直线。 在这些条件下工作容易产生较大的暗电流,但可以选择光电二极管的材料以限制其大小。(注: 我们的DET器件都是反向偏置的,不能在正向偏压下工作。)

    光伏模式
    光伏模式下,光电二极管是零偏置的。器件的电流流动受到限制,形成一个电压。这种工作模式利用了光伏效应,它是太阳能电池的基础。当在光伏模式工作时,暗电流最小。

    暗电流
    暗电流是光电二极管有偏压时的漏电流。在光导模式工作时,容易出现更高的暗电流,并与温度直接相关。温度每增加 10 °C,暗电流几乎增加一倍,温度每增加 6 °C,分流电阻增大一倍。显然,应用更大的偏压会降低结电容,但也会增加当前暗电流的大小。

    当前的暗电流也受光电二极管材料和有源区尺寸的影响。锗器件暗电流很大,硅器件的暗电流通常比锗器件的小。下表给出了几种光电二极管材料及它们相关的暗电流, 速度, 响应波段和价格。

    MaterialDark CurrentSpeedSpectral RangeCost
    Silicon (Si)LowHigh SpeedVisible to NIRLow
    Germanium (Ge)HighLow SpeedNIRLow
    Gallium Phosphide (GaP)LowHigh SpeedUV to VisibleModerate
    Indium Gallium Arsenide (InGaAs)LowHigh SpeedNIRModerate
    Indium Arsenide Antimonide (InAsSb)HighLow SpeedNIR to MIRHigh
    Extended Range Indium Gallium Arsenide (InGaAs)HighHigh SpeedNIRHigh
    Mercury Cadmium Telluride (MCT, HgCdTe)HighLow SpeedNIR to MIRHigh

    结电容
    结电容(Cj)是光电二极管的一个重要性质,对光电二极管的带宽和响应有很大影响。需要注意的是,结区面积大的二极管结体积也越大,也拥有较大的充电电容。在反向偏压应用中,结的耗尽区宽度增加,会有效地减小结电容,增大响应速度。

    带宽和响应
    负载电阻和光电二极管的电容共同限制带宽。要得到最佳的频率响应,一个50 Ω的终端需要使用一条50 Ω的同轴电缆。带宽(fBW)和上升时间响应(tr)可以近似用结电容(Cj)和负载电阻(Rload)表示:

    Equation 3

    噪声等效功率
    噪声等效功率(NEP)是信噪比等于1时产生的RMS信号电压。它是非常有用的参数,因为NEP决定了探测器探测弱光的能力。一般而言,NEP随着探测器的有源区而增大,且可以用下式表示:

     

    Photoconductor NEP

    在这里,S/N是信噪比,Δf是噪声带宽,入射能量的单位是W/cm2

    终端电阻
    使用负载电阻将光电流转换为电压(VOUT)以便在示波器上显示:

    Equation 4

    根据光电二极管的类型,负载电阻影响其响应速度。为达到最大带宽,我们建议在同轴电缆的另一端使用50欧姆的终端电阻。其与电缆的本征阻抗相匹配,将会最小化谐振。如果带宽不重要,您可以增大负载电阻(Rload),从而增大给定光功率下的光电压。终端不匹配时, 电缆的长度对响应影响很大,所以我们建议使电缆越短越好。

    分流电阻
    分流电阻代表零偏压下光电二极管的结电阻。理想的光电二极管分流电阻无限大,但实际值可能从十欧姆到几千兆欧不等,与其材料有关。例如,InGaAs探测器分流电阻在10兆欧姆量级,而Ge探测器的分流电阻在千欧量级。这会显著影响光电二极管的噪声电流。然而,在大部分应用中,大电阻几乎不产生效应,因而可以忽略。

    串联电阻
    串联电阻是半导体材料的电阻,这个小电阻通常可以忽略。串联电阻来自于光电二极管的触点和线接头,通常用来确定二极管在零偏压下的线性度。

    通用工作电路

    DET_DWG_1_780.jpguploading.gif转存失败重新上传取消Reverse Biased DET Circuit

    图2:反向偏压电路(DET系列探测器)

    DET系列探测器有上面所示的模块化电路。探测器反向偏置对输入光产生线性响应。光电流的大小与入射光大小以及波长有关,输出端加一个负载电阻就可以在示波器上显示。RC滤波电路的作用是滤掉输入电源的高频噪声,这些噪声会影响输出端的噪声。

    Reverse Biased DET Circuit

    图3:放大探测器电路

    也可以用光电探测器加放大器来实现所需要的高增益。用户可以选择工作在光导模式和光伏模式。使用这个有源电路有几个优势:

    • 光伏模式:由于运算放大器A点电势和B点电势相等,因而光电二极管两端的电势差为零伏。这样最小化了暗电流的可能。
    • 光导模式:二极管反向偏置,于是增大了带宽降低了结电容。探测器的增益与反馈元件(Rf)有关。探测器的带宽可用下面的式子计算:

    Equation 5

    其中GBP是放大器增益带宽积,CD是结电容和放大器电容之和。

    斩波频率的影响

    光导体信号将保持不变,直到时间常数响应极限为止。许多探测器(包括PbS、PbSe、HgCdTe(MCT)和InAsSb探测器)具有1/f的典型噪声频谱(即,噪声随着斩波频率增大而减小),这会对低频时的时间常数具有较大影响。

    探测器在低斩波频率下会表现出较低响应度。频率响应和探测率对于下式最大化

    Photoconductor Chopper Equation

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    转载路径 二极管介绍 二极管,(英语:Diode),电子元件当中,一种具有两个电极的装置,只允许电流由单一方向流过,许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极管(Varicap Diode)则用来当作电子式的可调电容器。大...
  • 许多场合,由单个恒流管极管或几个恒流管串联、并联后串入有关电路,即可方便地构成简单的恒流源,既降低了电路对电压变化的敏感性,又减少了电路的复杂性,可广泛用于各种半导体器件和集成电路工作点的稳定。...
  • 肖特基二极管和稳压二极管

    千次阅读 2018-08-13 15:23:17
    稳压二极管 ...在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定,稳压二极管是根据击穿电压来分档的,因为这种特性,稳压管主要被作为稳压器或电压基...
  • 摘要为了提高电网的功率因数,减少干扰,平板电视的...如下图所示,这是一典型的升压开关电源,基本的思想就是把整流电路和大滤波电容分割,通过控制PFC开-关管的导通使输入电流能跟踪输入电压的变化,获得理想的功...

空空如也

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串联二极管降低电压