二極管是最基本的電路器件，硬件工程師經(jīng)常使用，但你未必能用對，未必能用好。

二極管是一種基本的電子元器件，具有單向?qū)щ娦?。它由一個PN結(jié)組成，其中一個極為正極，另一個極為負極。

二極管電路的應(yīng)用非常廣泛，包括整流、開關(guān)、限幅、保護、發(fā)光、繼流和檢波等?？梢哉f是電路系統(tǒng)中最重要的基本元件之一。

二極管最重要的伏安特性曲線

半導體二極管的電流－電壓特性曲線。

比如說大家都知道接口部分一般都需要ESD保護，其實TVS瞬變電壓抑制二級管用作ESD保護就極為講究，對于USB3.0, HDMI接口等高速器件，要特別關(guān)注TVS管上的結(jié)電容參數(shù)，一般根據(jù)信號速率選取幾個pf，如果電容值過大，電路將無法正常工作，但是對于一般的低速接口或者電源管腳，此時可以選擇寄生電容值大的TVS管，因為更便宜，控制BOM的成本也是硬件工程師的重要職責，數(shù)據(jù)手冊中結(jié)電容如下圖一所示。

實際的工程實際中，二極管常用于交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓電路中，也常常用來做穩(wěn)壓電路，限幅電路，續(xù)流電路，挑幾個常見且重要的電流來分析一下。

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*圖1 TVS管中結(jié)電容的參數(shù)情況*

二極管的作用就如同是一個電流的單向門。當二極管的陽極相對于陰極為正電壓時，二極管允許電流通過，而當極性相反后，二極管不允許電流通過。

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圖2 二極管符號及種類

1. 二極管作用的類比水流模擬
課本中經(jīng)常將電壓比作水壓來模擬，同樣二極管的功能也可以類似水流來模擬。二極管相對電流就像是一個單向閥門，比如下圖的正向偏置時，只要偏置電壓超過閾值電壓，閥門就會打開，水流可以順利流下來；對于反向偏置時，閥門無法打開，沒有水流流過。

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圖3 二極管的類比以及IV曲線

以上，右圖是二極管最為重要的IV曲線，基本上用到所有的二極管都需要重點看此圖，從上圖可以清楚看出，不管二極管的正向電流或者反向電壓都不能超過額定值，否則會損壞。

2. 整流二極管

利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電。
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圖4 AC/DC轉(zhuǎn)換電路簡圖

3. 續(xù)流二極管

在開關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負載中起續(xù)流作用，這個功能非常實用。

在圖5中，開關(guān)A和開關(guān)B分別利用PFET和NFET開關(guān)實現(xiàn)，構(gòu)成一個同步降壓調(diào)節(jié)器。“同步”一詞表示將一個FET用作低端開關(guān)。用肖特基二極管代替低端開關(guān)的降壓調(diào)節(jié)器稱為“異步”（或非同步）型。處理低功率時，同步降壓調(diào)節(jié)器更有效，因為 FET 的壓降低于肖特基二極管，主要由Rds(on)決定。然而，當電感電流達到0時，如果底部FET未釋放，同步轉(zhuǎn)換器的輕載效率會降低，而且額外的控制電路會提高IC的復雜性和成本。肖特基二極管可以用作續(xù)流二極管，肖特基的PN結(jié)比較特殊，這使它具有非常小的結(jié)電容，存儲電荷很少，因此這種結(jié)具有非常快的開關(guān)速度，可以用于高速嵌位。肖特基二極管特長是：開關(guān)速度非?？?，反向恢復時間特別短。因此，能制作開關(guān)二極管低壓大電流整流二極管。

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圖5 降壓穩(wěn)壓器BUCK電路中肖特基二極管的使用

圖6中，開關(guān)A和B已分別使用內(nèi)部NFET和外部肖特基二極管，從而形成異步升壓調(diào)節(jié)器。對于需要負載隔離和低關(guān)斷電流的低功耗應(yīng)用，可添加外部FET。

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圖6 升壓調(diào)節(jié)器BOOST電路中肖特基二極管的使用

順便提一下，整流MOS管開通，關(guān)斷所產(chǎn)生的紋波是主要噪聲源之一。開關(guān)管開通關(guān)斷都會有一個上升時間和下降時間，在電路中會引起同頻的噪聲。輸出回路的電感也會隨著充電放電產(chǎn)生一個噪聲，同時也會有漏感產(chǎn)生。而解決辦法就是：

 1.用合適的濾波器濾除。 2.在MOS管外加肖特基二極管，反向恢復時間很短，可以降低損耗。

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圖7 同步整流器BUCK電路的基本框圖

二極管電路總結(jié)：

整流：二極管可以用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。將一個二極管連接到一個交流電源上時，它只允許電流從一個方向流過，即只允許電流從正極流向負極。這種整流效應(yīng)可以用于將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源。

檢波：二極管也可以用于檢測交流信號中的直流成分。將一個二極管連接到一個交流信號上時，它會將信號中的直流成分轉(zhuǎn)換為一個與信號頻率成正比的電壓。這種檢波效應(yīng)可以用于收音機和電視機等電子設(shè)備中。

穩(wěn)壓：二極管可以用于穩(wěn)定電壓。將一個二極管連接到一個電路中時，它可以防止電路中的電壓波動。例如，可以使用一個二極管作為電壓穩(wěn)定器，以穩(wěn)定電路中的電壓。

信號處理：二極管可以用于處理信號。例如，可以使用一個二極管來將一個信號的正半周轉(zhuǎn)換為一個負半周，或者將一個信號的高頻成分轉(zhuǎn)換為低頻成分。

二極管電路的設(shè)計需要考慮二極管的特性和參數(shù)，例如正向電壓、反向電壓、電流和功率等。此外，還需要考慮二極管的類型和封裝形式，以及電路中的其他元器件和電路設(shè)計。

審核編輯 黃宇