二极管基础知识

一.二极管简介
-1.1.二极管正向偏置
-1.2.二极管反向偏置
-1.3.二极管的符号
二.二极管特性
-2.1.正向特性
-2.2.反向特性
-2.3.反向击穿特性
三.二极管分类
-3.1.按材料分类
-3.2.按用途分类
-3.3.按管芯工艺分类
-3.4.按结构分类
四.常用二极管
-4.1.整流二极管
-4.2.检波二极管
-4.3.开关二极管
-4.4.稳压二极管
-4.5.肖特基二极管
-4.6.快速恢复二极管
-4.7.瞬态电压抑制二极管
-4.8.发光二极管
-4.9.恒流二极管
-4.10.变容二极管
-4.11.光敏二极管
-4.12.磁敏二极管
五.二极管的选型
回到顶部

# 二极管基础知识

## 一.二极管简介<a name="二极管简介"></a>

二极管是最常用的半导体组件之一。二极管有正、负两个引脚。正端成为阳极A，负端成为阴极K，故有二极管之称。二极管（Diode，通常用“D”表示）是一种具有单方向导电特性的无源半导体器件。

![](images4compo/2024-04-10-14-43-19-image.png)

图1-1 二极管结构示意图

事实上，一个PN结就形成了一个二极管。制造者先生成N型硅晶体，然后把它突变成P型晶体，用玻璃或者塑料将结合的晶体封装。用这些结合在一起的硅片制造单向门的原理是当外电压加到器件上时，使N型硅和P型硅总的电荷载流子相互作用，电流只能单向流动。

### 1.1.二极管正向偏置<a name="二极管正向偏置"></a>

当一个二极管如下图连接到一个电池，N型侧的电子和P型侧的空穴都被由电池提供的电场推向中间（PN结）。电子与空穴结合，电流通过二极管。这时称为二极管正向偏置。

![](images4compo/diode_fb.gif)

图1-2 二极管正向偏置

### 1.2.二极管反向偏置<a name="二极管反向偏置"></a>

当一个二极管如下图连接到一个电池，P型侧的空穴被向左推，N型侧的电子被向右推。这导致在PN结附近出现了一个没有载流子的空区域，称为耗尽区。这时称为二极管反向偏置。

![](images4compo/diode_rb.gif)

图1-3 二极管反向偏置

### 1.3.二极管的符号<a name="二极管的符号"></a>

在电路图中，使用一些二极管符号来表示各种二极管，如图1-4至图1-8所示。

![](images4compo/2024-04-10-16-11-09-image.png)

图1-4 普通二极管

![](images4compo/2024-04-10-16-12-44-image.png)

图1-5 稳压二极管

![](images4compo/2024-04-10-16-13-41-image.png)

图1-6 肖特基二极管

![](images4compo/2024-04-10-16-22-25-image.png)

图1-7 发光二极管

![](images4compo/2024-04-10-16-24-43-image.png)

图1-8 变容二极管

## 二.二极管特性<a name="二极管特性"></a>

二极管最重要的特性就是单向导电性。通常使用伏安特性来描述二极管的单向导电性，如下图：

![](images4compo/diode_va.gif)

图2-1 二极管伏安特性

### 2.1.正向特性<a name="正向特性"></a>

上图坐标轴右上描述了正向特性。当**U**较小时，**I**依然等于0，这段电压叫做死区电压，这时二极管上虽然有电压，但是这个电压不足以使PN结导通，二极管上依旧没有电流（红色虚线代表锗二极管，蓝色实线代表硅二极管，死区电压：锗二极管0.2V-0.4V，硅二极管0.5V-0.7V）。当**U**超过死区电压，电流就会急剧增大，这时我们称它为线性区域。

### 2.2.反向特性<a name="反向特性"></a>

上图坐标轴左下描述了反向特性。二极管加反向电压时，反向电流很小，而且当反向电压超过零点几伏后，反向电流不再随反向电压的增大而增大，即达到了饱和，这个电流称为反向饱和电流。

### 2.3.反向击穿特性<a name="反向击穿特性"></a>

当二极管反向电压增加到某一个数值时，反向电流急剧增长。若反向电流增长到一定数值，二极管将会发热击穿，热击穿的二极管将是不可逆的损坏。只要控制反向电流的数值，则当反向电压降低时，二极管的性能可能恢复正常。基于此，我们可以看到，在反向击穿区，电压基本是稳定的，而电流变化却很大，即具有稳压特性，只要有效防止二极管发生热击穿，就成为具有稳压特性的器件，稳压管就是根据这个特性制造出来的。

## 三.二极管分类<a name="二极管分类"></a>

根据不同的分类方法，二极管有多种不同的分类。

### 3.1.按材料分类<a name="按材料分类"></a>

按材料分类，二极管可以分为硅二极管、锗二极管与砷化镓二极管。

### 3.2.按用途分类<a name="按用途分类"></a>

按用途分类，二极管可以分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、发光二极管、开关二极管、快速恢复二极管、阻尼二极管、TVS二极管、温敏二极管、光敏二极管、磁敏二极管与压敏二极管。

### 3.3.按管芯工艺分类<a name="按管芯工艺分类"></a>

按管芯工艺分类，二极管可以分为面接触二极管与点接触二极管。

### 3.4.按结构分类<a name="按结构分类"></a>

按结构分类，二极管可以分为半导体结型二极管与金属半导体接触二极管。

## 四.常用二极管<a name="常用二极管"></a>

### 4.1.整流二极管<a name="整流二极管"></a>

整流二极管是利用二极管单向导电的特性，将交流电源整流成脉动直流的二极管。整流二极管正向工作电流较大，由于其结电容较大，因此工作频率一般小于3kHz。

### 4.2.检波二极管<a name="检波二极管"></a>

检波二极管是用于把叠加在高频载波中的低频信号分离出来的器件，具有较高的检波效率和良好的频率特性。要求正向压降小、检波效率高、结电容小、频率特性好。

### 4.3.开关二极管<a name="开关二极管"></a>

开关二极管导通相当于开关闭合，截止时相当于开关断开。其特点是反向恢复时间短，能满足高频或者超高频应用需要。

### 4.4.稳压二极管<a name="稳压二极管"></a>

稳压二极管又名齐纳二极管（Zener Diode），是利用硅二极管反向击穿特性来稳定直流电压的，即在反向击穿时，通过它的电流尽管在很大范围内改变，但其两端的电压几乎不变。

### 4.5.肖特基二极管<a name="肖特基二极管"></a>

肖特基二极管是肖特基势垒二极管（Schottky Diode）。其反向恢复时间短（可以小到几纳秒），正向导通电压仅为0.4V左右，而整流电流却可以达到几千安培。

### 4.6.快速恢复二极管<a name="快速恢复二极管"></a>

快速恢复二极管（Fast Recovery Diode，FRD）是一种开关特性好、反向恢复时间短的二极管。主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电路中，作为高频整流、续流二极管或阻尼二极管使用。

### 4.7.瞬态电压抑制二极管<a name="瞬态电压抑制二极管"></a>

瞬态电压抑制二极管又被称为瞬态电压抑制器（TransientVoltage Suppressor，TVS）。它是在稳压二极管工艺上发展起来的器件，主要应用于快速过压保护电路中。其响应速度极快、钳位电压稳定、体积小、价格低。

### 4.8.发光二极管<a name="发光二极管"></a>

发光二极管（Light Emitting Diode，LED）是一种能发光的二极管。发光二极管将电能转化成光能，有不同的颜色。

### 4.9.恒流二极管<a name="恒流二极管"></a>

恒流二极管（Current Regurative Diode）又被称为限流二极管（Current Limiting Diode）。它能在很宽的电压范围内输出恒定的电流，并具有很高的动态阻抗。

### 4.10.变容二极管<a name="变容二极管"></a>

变容二极管（Variable Capacitance Diode，VCD）是利用方向偏压改变PN结电容量的特殊半导体。变容二极管相当于一个容量可变的电容器。其两个电极之间的PN结电容大小随加到变容二极管两端反向电压大小的改变而改变。反向电压越高，结电容越小。

### 4.11.光敏二极管<a name="光敏二极管"></a>

光敏二极管，又叫光电二极管（英语：photodiode ）是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。管芯常使用一个具有光敏特征的PN结，对光的变化非常敏感，具有单向导电性，而且光强不同的时候会改变电学特性，因此，可以利用光照强弱来改变电路中的电流。

### 4.12.磁敏二极管<a name="磁敏二极管"></a>

磁敏二极管是采用电子与空穴双重注人效应及复合效应原理工作的，具有很高的灵敏度。由于磁敏二极管在正、负磁场作用下，其输出信号增量的方向不同，因此利用这一点可以判别磁场方向。磁敏二极管是其特点是体积小， 灵敏度高。磁敏二极管，较长的管脚为正极区， 较短的管脚为负极区。

## 五.二极管的选型<a name="二极管的选型"></a>

在实际工作中选型二极管的时候，通常按照以下步骤：

1. 根据电路中二极管的用途选择二极管种类，常见的二极管用途请见本文章节四。

2. 根据电路原理计算所需要二极管的额定正向工作电流IF，额定正向工作电流是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。

3. 根据电路原理计算所需要二极管的正向浪涌峰值电流，即允许流过的最大正向电流。最大浪涌电流不是二极管正常工作时的电流，而是瞬间电流，这个值通常为额定正向工作电流的20倍左右。

4. 根据电路原理计算所需要二极管的反向击穿电压VBR，加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会击穿二极管，使二极管失去单向导电能力。反向击穿电压是保证二极管不被击穿而给出的峰值电压（也称耐压值）。

5. 根据电路原理计算所需要二极管的最大稳态功耗PM，这个参数对稳压二极管尤为重要，PM是指稳压二极管击穿后稳压二极管本身所允许消耗功率的最大值。实际使用如果超过这个值，稳压二极管将会损坏。