二极管基础知识讲解_二极管的基础知识

1什么是二极管

二极管由管芯、管壳和两个电极组成。管芯为PN结，PN结两端引出引线。塑料、玻璃或金属材料用作封装外壳，形成晶体二极管。从P型区引出的电极称为正极或阳极，从N型区引出的电极称为负极或阴极，如图所示：

n型半导体：又称电子半导体，是一种自由电子浓度远大于空穴浓度的杂志半导体。

p型半导体：又称空穴型半导体，是一种具有正空穴的半导体。

二极管有两个端子，阳极和阴极，电流只能单向流动。也就是说，电流可以从阳极流向阴极，但不能从阴极流向阳极。

二极管的工作原理：

PN结加直流电压时，表现出低电阻和大正向扩散电流。

PN结加反向电压时，呈现高阻，反向漂移电流小。

2二极管的性质

2.1一般属性

二极管是非线性元件，通过判断二极管是否导通来分析其在电路中的作用。

当在阳极和阴极之间施加高于导通电压的电压时，它将被导通，否则它将被关断。

二极管断路，即开路，可以从电路中去除。

二极管导通，相当于一个有导通电压的电源。

开通电压：当直流电压超过一定值时，二极管有明显的正向电流，称为开通电压。

2.2伏安特性

死区：当施加的直流电压较小时，二极管呈现较大的电阻，正向电流几乎为零。该区域是非导电区或死区。一般硅管的死区电压在0.5 V左右，锗管的死区电压在0.1 V左右，也称为阈值电压或阈值电压。

正向特性：大于导通电压的区域称为导通区。当流过二极管的电流I比较大时，二极管两端的电压几乎是恒定的，硅管大约为0.6~0.8V(通常为0.7V)，锗管大约为0.2~0.3V(通常为0.2V)。

反向特性：当反向电压小于反向击穿电压时，少数载流子形成的反向电流很小，基本上与反向电压的大小无关，这部分就是截止区。

反向击穿：当反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增加，称为二极管反向击穿。

2.3动态特性

当高频信号加载在二极管上时，需要考虑二极管的动态特性。二极管的单向导电性不理想。PN结除了有单向导通的二极管外，还有结电容，导致“双向导通”，如图：

不同的工艺影响二极管结电容；

点接触PN结可以降低结电容，但会降低二极管的通流能力。

表面接触，电流能力强，但结电容较大。

低频时，反向导通占整个周期的比例很小，二极管仍可视为单向导通；在高频时，如果反向导通占整个周期的比例很大，则二极管称为“双向导通”器件，不能使用。

3二极管的分类

常见的二极管有很多种：

按材料分类：锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等。

根据芯片结构，分为面接触二极管和点接触二极管。

根据用途不同：整流二极管、检波二极管、齐纳二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管、开关二极管、快恢复二极管等。

按结型分：半导体结型二极管和金属半导体结型二极管。

不同二极管的比较：

二极管的4个参数

数据手册中描述了二极管的参数，下面简要说明二极管的主要参数：

最大反向工作电压VRM:二极管两端允许加载的最大反向电压。如果大于这个值，反向电流IR会急剧增加，二极管的单向导通性被破坏，二极管反向击穿。因此，通常选择反向击穿电压VBR的一半作为VRM。

反向重复峰值电压VRRM:包括所有重复瞬态电压，不包括非重复瞬态电压。通常与电路有关，比如交流信号每个周期的最高点，也就是重复的峰值电压。

最大整流电流if:二极管长时间连续工作时允许的最大正向电流。

平均整流器电流IO:设计电路时参考此电流。电流值通常为if的一半，设计的电路电流不应超过二极管的平均整流电流。

峰值正向浪涌电流IFSM:它是允许流过的瞬时电流，如果超过这个值，二极管就会损坏。

反向电流IR:在指定温度和反向电压下流经二极管的反向电流。电流越小，二极管的单向导电性越好。反向电流与纸张量密切相关，每增加10，反向电流增加一倍。

结电容CT:结电容表示二极管的频率特性。由于结电容的原因，在频率很高的时候，容抗很小，导致PN结短路，导致二极管失去单向导通。

反向恢复时间trr:二极管由直流电压变为反向电压时，电流不能瞬间关断，需要一点延迟，这就是反向恢复时间，决定了二极管的开关速度。

5个二极管的应用

5.1肖特基二极管

肖特基二极管广泛用于防反接保护电路。常用的型号有SS34、B5819W、IN5819等。简单的应用电路如下：

肖特基二极管不是利用P型半导体和N型半导体接触形成PN结的原理制成的，而是利用金属和半导体接触形成金属半导体结的原理制成的。

肖特基二极管具有高开关频率、短反向恢复时间(ns)和低正向电压(约0.4V)。

肖特基二极管的缺点：耐压低，漏电流略高。

肖特基二极管用途：用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管等。

5.2齐纳二极管(齐纳二极管)

齐纳二极管，也叫齐纳二极管。利用PN结的反向击穿状态，电流可以大范围变化而电压基本不变，制成具有稳压功能的二极管。调节电压=反向击穿电压。

齐纳二极管一般需要串联一个电阻作为限流电阻，因为齐纳二极管的功率比较小，电路图如下：

二极管只有在击穿、电流过大时才会烧坏，这样才能保证电流在一定值，二极管不会烧坏。齐纳二极管可以串联连接，以获得更高的稳定电压。

5.3 TVS瞬态抑制二极管

瞬态电压抑制器，也称为雪崩击穿二极管。电视可分为单向和双向。单向TVS一般适用于DC电路，双向TVS一般适用于交流电路。事实上，双向电视也可以用于DC赛道。

TVS工作原理：瞬态电压过高，TVS反向电压过高，导致雪崩击穿，电阻由高阻态变为低阻态，释放出瞬时大电流。电路图如下：

TVS管在电路中工作在反向截止状态，不影响电路的其他功能。当两端受到瞬时高能冲击时，它能以非常高的速度突然降低阻抗，同时吸收大电流，从而保证后续电路元件不受瞬时高能冲击的损坏。干扰脉冲过去后，TVS再次转入反向截止状态。

5.4 ESD静电保护二极管

ESD二极管也用于保护电路，其主要功能是防止静电。在实际项目中，USB接口将与ESD二极管相连，电路图如下所示：

ESD二极管和TVS二极管一样，主要用于静电保护。

5.5整流二极管

整流二极管是一种利用二极管的单向导电性将交流电转换成直流电的二极管。整流二极管一般是平面硅二极管。整流二极管的正向和反向电阻相差很大，反向电阻接近无穷大。整流器电路如下：

5.6 LED发光

5.7其他二极管

光敏二极管又称光电二极管，是一种根据使用方式将光转换成电流或电压信号的光电探测器。光电二极管可以通过光的强度来改变电路中的电流。一般来说，光线越强，电流越大。

开关二极管具有小的势垒电容，即使在高频下也能保持良好的单向导电性，并且可以在电路中导通和关断。

检波二极管检测叠加在高频载波上的低频信号，检测效率高，频率特性好。用于晶体管收音机、录音机、电视机、通讯等设备的小信号电路中，工作频率高，信号处理幅度弱。

快恢复二极管具有更高的开关速度和更低的正向压降。与肖特基二极管相比，它具有更高的耐压。主要用作高速整流元件和开关电源、逆变电源中的整流二极管，以降低关断损耗，提高效率，降低噪声。

希望这篇文章对大家有帮助。以上如有不妥之处，请指正。