1 什么是二極管

二極管由管芯、管殼和兩個電極構(gòu)成，管芯是一個PN結(jié)，在PN結(jié)的兩端各引出一個引線，用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，就構(gòu)成了晶體二極管。P型區(qū)引出的電極稱為正極或陽極，N型區(qū)引出的電極稱為負極或陰極，如圖所示：

N型半導體： 也稱作電子型半導體，是自由電子濃度遠大于空穴濃度的雜志半導體。

P型半導體： 也稱空穴型半導體，是帶正電的空穴為主的半導體。

二極管具有陽極和陰極兩個端子，電流只能往單一方向流動。也就是說，電流可以從陽極流向陰極，而不能從陰極流向陽極。

二極管工作原理：

PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流。

PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。

2 二極管的性質(zhì)

2.1 一般性質(zhì)

二極管是非線性元件，通過判斷二極管是否導通，分析其在電路中的作用。

當陽極與陰極之間加上導通電壓以上電壓時，就會導通，否則截止。

二極管截止，即斷路，可在電路中去除。

二極管導通，其相當于一個導通電壓大小的電源。

導通電壓：當正向電壓超過過某一數(shù)值后，二極管才有明顯的正向電流，該電壓值稱為導通電壓。

2.2 伏安特性

死區(qū)： 外加正向電壓較小時，二極管呈現(xiàn)的電阻較大，正向電流幾乎為零，該區(qū)域為不導通區(qū)或死區(qū)。一般硅管的死區(qū)電壓約為 0.5 V, 鍺的死區(qū)電壓約為 0.1 V，該電壓值又稱門坎電壓或閾值電壓。

正向特性： 大于導通電壓的區(qū)域稱為導通區(qū)，當流過二極管的電流I比較大時，二極管兩端的電壓幾乎維持恒定，硅管約為0.6～0.8V(通常取0.7V)，鍺管約為0.2～0.3V(通常取0.2V)。

反向特性： 在反向電壓小于反向擊穿電壓的范圍內(nèi)，由少數(shù)載流子形成的反向電流很小，而且與反向電壓的大小基本無關(guān)，此部分為截止區(qū)。

反向擊穿： 當反向電壓增加到某一數(shù)值時，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象叫做二極管的反向擊穿。

2.3 動態(tài)特性

高頻信號加載在二極管上時，需要考慮二極管的動態(tài)特性。二極管的單向?qū)蛐圆⒉焕硐耄琍N結(jié)除了構(gòu)成單向?qū)щ姷亩O管外，還存在一個結(jié)電容，結(jié)電容導致“雙向?qū)щ姟保鐖D所示：

不同工藝影響二極管結(jié)電容大小：

點接觸的PN結(jié)，可以減小結(jié)電容，但降低二極管的通流能力。

面接觸，通流能力強，但是結(jié)電容更大。

低頻時，反向?qū)щ娬颊麄€周期的比例很小，二極管仍可以看成是單向?qū)щ姷?高頻時，如果反向?qū)щ娬颊麄€周期的比例很大，二極管稱為“雙向?qū)щ姟逼骷簿蜔o法使用了。

3 二極管的分類

普通二極管有多種類型：

按材料分類：鍺二極管、硅二極管、砷化鎵二極管等。

按管芯結(jié)構(gòu)分類：面接觸二極管和點接觸二極管。

按用途不同分類：整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、光電二極管、發(fā)光二極管、開關(guān)二極管、快速恢復二極管等。

按結(jié)類型分類：半導體結(jié)型二極管和金屬半導體結(jié)型二極管。

不同二極管對比：

4 二極管的參數(shù)

二極管的參數(shù)在數(shù)據(jù)手冊中都有說明，下面對二極管的主要參數(shù)進行簡單解釋：

最高反向工作電壓VRM： 二極管兩端允許加載的最大反向電壓，如果大于該值，則反向電流IR急劇增大，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模O管反向擊穿。因此，通常選取反向擊穿電壓VBR的一半作為VRM。

反向重復峰值電壓VRRM： 包括所有重復瞬態(tài)電壓，不包括不重復瞬態(tài)電壓。通常是與電路相關(guān)，比如交流信號每個周期的最高點即重復峰值電壓。

最大整流電流IF： 二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。

平均整流電流IO： 設(shè)計電路時參考該電流，電流值大小通常為IF的一半，所設(shè)計電路電流最好不要超過二極管的平均整流電流。

峰值正向浪涌電流IFSM： 是允許流過的瞬間電流，超過該值會損壞二極管。

反向電流IR： 二極管在規(guī)定的溫度和反向電壓作用下，流過二極管的反向電流，該電流越小，說明二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩７聪螂娏髋c文額度密切相關(guān)，大約每升高10℃，反向電流增大一倍。

結(jié)電容CT： 結(jié)電容的大小表示二極管的頻率特性，因為存在結(jié)電容，當頻率很高時，容抗小到使PN結(jié)短路，導致二極管失去單向?qū)щ娦浴?/p>

反向恢復時間trr： 二極管從正向電壓變成反向電壓時，電流不能瞬間截止，需要延時一點時間，該時間為反向恢復時間，并決定二極管的開關(guān)速度。

5 二極管的應(yīng)用

5.1 肖特基二極管

防反接保護電路中使用肖特基二極管較多，常用型號有SS34，B5819W，IN5819等，簡單應(yīng)用電路如下：

肖特基二極管不是利用P型半導體與N型半導體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導體接觸形成的金屬-半導體結(jié)原理制作而成。

肖特基二極管特點： 開關(guān)頻率高，反向恢復時間極短(ns)，正向壓降低(0.4V左右)。

肖特基二極管缺點： 耐壓值比較低，漏電流稍大。

肖特基二極管用途： 用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護二極管等。

5.2 穩(wěn)壓二極管(齊納二極管)

穩(wěn)壓二極管，又叫齊納二極管。利用PN結(jié)反向擊穿狀態(tài)，其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變的現(xiàn)象，制成的起穩(wěn)壓作用的二極管。穩(wěn)壓值=反向擊穿電壓。

穩(wěn)壓二極管使用一般都需要串聯(lián)一個電阻做限流電阻用，因為穩(wěn)壓二極管的功率比較小，電路圖如下：

二極管擊穿且電流過大才會燒壞，保證電流在一定值，二極管不會燒壞。穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來獲得更高的穩(wěn)定電壓。

5.3 TVS瞬態(tài)抑制二極管

TVS瞬態(tài)電壓抑制器，又稱雪崩擊穿二極管。TVS 有單向與雙向之分，單向TVS一般適用于直流電路，雙向TVS一般適用于交流電路中，其實雙向也可以用于直流電路之中。

TVS工作原理： 瞬態(tài)電壓過高，TVS反向電壓過高導致雪崩擊穿，電阻有高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，泄放瞬時的大電流，電路圖如下所示：

TVS管在電路中工作于反向截止狀態(tài)，不影響電路的其他功能，當兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時，它能以極高的速度使其阻抗驟然降低，同時吸收一個大電流，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。干擾脈沖過去后，TVS又轉(zhuǎn)入反向截止狀態(tài)。

5.4 ESD靜電保護二極管

ESD二極管也是為了保護電路，主要功能是防止靜電，實際項目中，USB接口會接ESD二極管，電路圖如圖所示：

ESD二極管，原理和TVS二極管一樣，主要用于靜電的防護。

5.5 整流二極管

整流二極管是一種利用二極管單向?qū)щ姷奶匦裕瑢⒔涣麟娹D(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷亩O管，整流二極管一般為平面型硅二極管。整流二極管正反向電阻相差很大，且反向電阻接近于無窮大，整流電路如下所示：

5.6 LED發(fā)光二極管

LED發(fā)光二極管是一種常用的發(fā)光器件，通過電子與空穴復合釋放能量發(fā)光，簡單應(yīng)用電路如圖所示：

發(fā)光二極管發(fā)光的強弱和流過的電流成正比，如果覺得光弱，可以降低串聯(lián)的電阻，但是要注意LED能夠承受的最大電流，防止損壞。

5.7 其他二極管

光敏二極管，又稱光電二極管，是一種能夠?qū)⒐飧鶕?jù)使用方式，轉(zhuǎn)換成電流或者電壓信號的光探測器。光敏二極管可以利用光照強弱來改變電路中的電流，一般來說光線越強，電流越大。

開關(guān)二極管，勢壘電容小，在高頻條件下也可以保持好的單向?qū)щ娦裕陔娐分羞M行“開”、“關(guān)”。

檢波二極管，把疊加在高頻載波上的低頻信號檢出，具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。應(yīng)用于半導體收音機、收錄機、電視機及通信等設(shè)備的小信號電路中，其工作頻率較高，處理信號幅度較弱。

快速恢復二極管，有較高的開關(guān)速度和較低的正向壓降，與肖特基二極管比，其耐壓值高。主要用作高速整流元件，在開關(guān)電源和逆變電源中作整流二極管，以降低關(guān)斷損耗，提高效率和減小噪聲。

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