二極管的類型

二極管是帶有pn結(jié)或替代結(jié)的雙端半導(dǎo)體器件。它們按結(jié)構(gòu)和用途可分為整流二極管、齊納二極管等。二極管已被廣泛應(yīng)用。

整流二極管的功能

二極管有一個(gè)特性是電流流動(dòng)（正向）或不流動(dòng)（反向）取決于施加電壓的方向。利用這個(gè)特性，二極管可以對(duì)交流電壓進(jìn)行整流。電極端子稱為陽極（A）和陰極（K），當(dāng)陽極電極處于正電位時(shí)電流流動(dòng)。

整流二極管的正向特性（I(F)-V(F)特性）

整流二極管的正向特性隨電流電平和溫度的變化而變化。在低電流區(qū)，V(F)在高溫時(shí)較低，而在大電流區(qū)的情況則相反。一般來說，使用二極管時(shí)，應(yīng)在Q點(diǎn)（上述兩種情況的交叉點(diǎn)）以下有足夠的溫度裕量。

（1）以載流子遷移為主的藍(lán)色區(qū)域：V(F)隨著溫度的升高而降低。由于載流子在受熱時(shí)很容易移動(dòng)，因此V(F)在高溫時(shí)比低溫時(shí)低。

（2）以載流子碰撞為主的紅色區(qū)域：V(F)隨著溫度的升高而升高。當(dāng)大電流流動(dòng)時(shí)，許多載流子會(huì)移動(dòng)。在高溫情況下，載流子之間的碰撞概率增加，V(F)比低溫時(shí)高

FRD（快速恢復(fù)二極管）

快速恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)和功能與整流二極管相同。整流二極管用于500Hz以下的低頻應(yīng)用，而FRD則用于從幾千赫茲到100kHz的高頻開關(guān)。因此，二極管具有反向恢復(fù)時(shí)間（t(rr)）很短的特性，這對(duì)高速開關(guān)非常重要。根據(jù)t(rr)值，FRD也稱為S-FRD、HED等。一般整流二極管的t(rr)為幾微秒到幾十微秒。另一方面，FRD的t(rr)是幾十毫微秒到幾百毫微秒，約為整流二極管的1/100。它應(yīng)用于開關(guān)電源、逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器等。

當(dāng)頻率較低時(shí)，由trr引起的損耗（反向恢復(fù)損耗）可以忽略不計(jì)，但這種損耗會(huì)隨著頻率的增加而增加，當(dāng)頻率變?yōu)閹浊Ш掌澔蚋邥r(shí)，則損耗不能忽略。

穩(wěn)壓二極管（齊納二極管）

穩(wěn)壓二極管利用了pn結(jié)的反向特性。當(dāng)提高pn結(jié)二極管的反向電壓時(shí)，大電流在一定的電壓下開始流動(dòng)，并得到恒定的電壓。（這種現(xiàn)象稱為擊穿，其電壓稱為擊穿電壓。）穩(wěn)壓二極管積極利用了這一特性。由于這種擊穿電壓也被稱為齊納電壓，所以穩(wěn)壓二極管也被稱為齊納二極管。該電壓可用作恒壓電源或電子電路的參考電壓。

（注：一般情況下，當(dāng)電壓小于或等于6V時(shí)，會(huì)觀察到齊納現(xiàn)象。如果電壓超過6V，雪崩現(xiàn)象將超過齊納現(xiàn)象成為主導(dǎo)。齊納電壓和雪崩電壓具有不同的溫度特性，前者的溫度系數(shù)為負(fù)，后者的溫度系數(shù)為正。）

TVS二極管（ESD保護(hù)二極管）

TVS二極管（ESD保護(hù)二極管）是一種齊納二極管。它是用于解決靜電放電（ESD）問題的二極管。它可以保護(hù)集成電路和其它電路，以免USB線路的高壓靜電放電進(jìn)入電路。TVS二極管將吸收接口、外部端子等的異常電壓，防止電路故障并保護(hù)器件。它適用于吸收和抑制靜電或短脈沖電壓。

采用TVS二極管（ESD保護(hù)二極管），可吸收侵入性的ESD，防止電路故障，保護(hù)IC等器件！

TVS二極管和齊納二極管之間的差異（1）

如圖2-6（a）所示，TVS二極管（ESD保護(hù)二極管）在短時(shí)間內(nèi)吸收很高的過電壓，其作用是避免對(duì)其它半導(dǎo)體器件施加過大的電壓。另一方面，如圖2-6（b）所示，齊納二極管將輸入電壓鉗制為恒定電壓，并將鉗制的電壓提供給其它半導(dǎo)體器件。因此兩者的差異在于，TVS二極管吸收浪涌電壓以保護(hù)其它半導(dǎo)體器件，而齊納二極管為其它半導(dǎo)體器件提供恒定電壓。

TVS二極管和齊納二極管之間的差異（2）

TVS二極管通常在反向阻斷狀態(tài)下使用。（幾乎沒有電流流動(dòng)，只施加電壓。）只有當(dāng)電壓超過一定電壓（鉗位電壓）并施加到TVS二極管時(shí)，才會(huì)發(fā)生擊穿（鉗位）

齊納二極管通常用于擊穿狀態(tài)。假設(shè)擊穿（齊納）電流總是在正常狀態(tài)下流動(dòng)。

可變電容二極管（變?nèi)荻O管）

可變電容二極管是利用耗盡層電容特性的產(chǎn)品。當(dāng)施加反向電壓時(shí)，耗盡層出現(xiàn)在二極管的pn結(jié)中，其厚度與反向電壓成正比。

    因此，隨著反向電壓的增加，耗盡層厚度增加，但電容減小。其作用與增加電容器兩個(gè)電極之間的距離相同。相反，如果反向電壓減小，耗盡層厚度減小，但電容增加。

    它應(yīng)用于調(diào)諧電路等。由于這種電容變化會(huì)改變頻率特性，因此與普通二極管相比，需要較大的電容變化率。

可變電容二極管與一般二極管不同，其重要特性不是正向電壓V(F)和開關(guān)特性，而是電容值及其變化（取決于電壓）。

肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）

肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）是一種采用半導(dǎo)體和金屬（比如：鉬）結(jié)合，而不是采用pn結(jié)的器件。一般來說，金屬與n型層結(jié)合的半導(dǎo)體已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。由于其正向電壓小，反向恢復(fù)時(shí)間短，所以適合于高速開關(guān)應(yīng)用。

    對(duì)于SBD而言，正向電壓（V(F)）和反向漏電流之間存在折衷關(guān)系。根據(jù)所使用的金屬，通常來說反向耐受電壓約為20至150V，V(F)約為0.4至0.7V，低于pn結(jié)二極管的值。

    具有低正向電壓和低泄漏電流的新型結(jié)構(gòu)的SBD也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）的反向恢復(fù)特性

SBD的反向恢復(fù)時(shí)間（t(rr)）由LC諧振電路根據(jù)結(jié)電容和外部接線的電感確定。（由于結(jié)電容幾乎不受溫度的影響，所以從室溫到高溫t(rr)相同。）對(duì)于pn結(jié)二極管而言，t(rr)會(huì)隨著溫度的升高而變長(zhǎng)。所以SBD的開關(guān)特性越來越具優(yōu)越性，適合用于高頻開關(guān)。

肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）金屬的差異

對(duì)于SBD而言，半導(dǎo)體由n型層組成，因此金屬充當(dāng)二極管的陽極。同樣地，只有電子是載流子，SBD變成了類似MOSFET的單極元件。硅的能級(jí)不同于金屬（能隙）。該能級(jí)因金屬元素而異。符號(hào)ΦB用于表示不同的能隙。Pt（鉑）是一種具有大能隙的金屬。V（釩）或Ti（鈦）是具有小能隙的金屬。采用ΦB大的金屬，泄漏電流小，但是正向電壓V(F)大。采用ΦB小的金屬，則情況相反。

各種二極管的特性應(yīng)用