1 什么是二極管
二極管由管芯、管殼和兩個(gè)電極構(gòu)成，管芯是一個(gè)PN結(jié)，在PN結(jié)的兩端各引出一個(gè)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(yáng)極，N型區(qū)引出的電極稱為負(fù)極或陰極，如圖所示：
N型半導(dǎo)體： 也稱作電子型半導(dǎo)體，是自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度的雜志半導(dǎo)體。
P型半導(dǎo)體： 也稱空穴型半導(dǎo)體，是帶正電的空穴為主的半導(dǎo)體。
二極管具有陽(yáng)極和陰極兩個(gè)端子，電流只能往單一方向流動(dòng)。也就是說(shuō)，電流可以從陽(yáng)極流向陰極，而不能從陰極流向陽(yáng)極。
二極管工作原理：
PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流。
PN結(jié)加反向電壓時(shí)，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(guò)判斷二極管是否導(dǎo)通，分析其在電路中的作用。
當(dāng)陽(yáng)極與陰極之間加上導(dǎo)通電壓以上電壓時(shí)，就會(huì)導(dǎo)通，否則截止。
二極管截止，即斷路，可在電路中去除。
二極管導(dǎo)通，其相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)通電壓大小的電源。
導(dǎo)通電壓：當(dāng)正向電壓超過(guò)過(guò)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(dǎo)通電壓。
2.2 伏安特性
死區(qū)： 外加正向電壓較小時(shí)，二極管呈現(xiàn)的電阻較大，正向電流幾乎為零，該區(qū)域?yàn)椴粚?dǎo)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(dǎo)通電壓的區(qū)域稱為導(dǎo)通區(qū)，當(dāng)流過(guò)二極管的電流I比較大時(shí)，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(wú)關(guān)，此部分為截止區(qū)。
反向擊穿： 當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值時(shí)，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(dòng)態(tài)特性
高頻信號(hào)加載在二極管上時(shí)，需要考慮二極管的動(dòng)態(tài)特性。二極管的單向?qū)蛐圆⒉焕硐?，PN結(jié)除了構(gòu)成單向?qū)щ姷亩O管外，還存在一個(gè)結(jié)電容，結(jié)電容導(dǎo)致“雙向?qū)щ姟?，如圖所示：
不同工藝影響二極管結(jié)電容大小：
點(diǎn)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(qiáng)，但是結(jié)電容更大。
低頻時(shí)，反向?qū)щ娬颊麄€(gè)周期的比例很小，二極管仍可以看成是單向?qū)щ姷?高頻時(shí)，如果反向?qū)щ娬颊麄€(gè)周期的比例很大，二極管稱為“雙向?qū)щ姟逼骷?，也就無(wú)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(diǎn)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(fù)二極管等。
按結(jié)類型分類：半導(dǎo)體結(jié)型二極管和金屬半導(dǎo)體結(jié)型二極管。
不同二極管對(duì)比：
4 二極管的參數(shù)
二極管的參數(shù)在數(shù)據(jù)手冊(cè)中都有說(shuō)明，下面對(duì)二極管的主要參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)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(fù)峰值電壓VRRM： 包括所有重復(fù)瞬態(tài)電壓，不包括不重復(fù)瞬態(tài)電壓。通常是與電路相關(guān)，比如交流信號(hào)每個(gè)周期的最高點(diǎn)即重復(fù)峰值電壓。
最大整流電流IF： 二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向電流值。
平均整流電流IO： 設(shè)計(jì)電路時(shí)參考該電流，電流值大小通常為IF的一半，所設(shè)計(jì)電路電流最好不要超過(guò)二極管的平均整流電流。
峰值正向浪涌電流IFSM： 是允許流過(guò)的瞬間電流，超過(guò)該值會(huì)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(guò)二極管的反向電流，該電流越小，說(shuō)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?yàn)榇嬖诮Y(jié)電容，當(dāng)頻率很高時(shí)，容抗小到使PN結(jié)短路，導(dǎo)致二極管失去單向?qū)щ娦浴?/p>
反向恢復(fù)時(shí)間trr： 二極管從正向電壓變成反向電壓時(shí)，電流不能瞬間截止，需要延時(shí)一點(diǎn)時(shí)間，該時(shí)間為反向恢復(fù)時(shí)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(hù)電路中使用肖特基二極管較多，常用型號(hào)有SS34，B5819W，IN5819等，簡(jiǎn)單應(yīng)用電路如下：
肖特基二極管不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作而成。
肖特基二極管特點(diǎn)： 開關(guān)頻率高，反向恢復(fù)時(shí)間極短(ns)，正向壓降低(0.4V左右)。
肖特基二極管缺點(diǎn)： 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(hù)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(gè)電阻做限流電阻用，因?yàn)榉€(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(guò)大才會(huì)燒壞，保證電流在一定值，二極管不會(huì)燒壞。穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來(lái)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(shí)雙向也可以用于直流電路之中。
TVS工作原理： 瞬態(tài)電壓過(guò)高，TVS反向電壓過(guò)高導(dǎo)致雪崩擊穿，電阻有高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，泄放瞬時(shí)的大電流，電路圖如下所示：
TVS管在電路中工作于反向截止?fàn)顟B(tài)，不影響電路的其他功能，當(dāng)兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí)，它能以極高的速度使其阻抗驟然降低，同時(shí)吸收一個(gè)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(guò)去后，TVS又轉(zhuǎn)入反向截止?fàn)顟B(tài)。
5.4 ESD靜電保護(hù)二極管
ESD二極管也是為了保護(hù)電路，主要功能是防止靜電，實(shí)際項(xiàng)目中，USB接口會(huì)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(hù)。
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(wú)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(guò)電子與空穴復(fù)合釋放能量發(fā)光，簡(jiǎn)單應(yīng)用電路如圖所示：
發(fā)光二極管發(fā)光的強(qiáng)弱和流過(guò)的電流成正比，如果覺(jué)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(hào)的光探測(cè)器。光敏二極管可以利用光照強(qiáng)弱來(lái)改變電路中的電流，一般來(lái)說(shuō)光線越強(qiáng)，電流越大。
開關(guān)二極管，勢(shì)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(jìn)行“開”、“關(guān)”。
檢波二極管，把疊加在高頻載波上的低頻信號(hào)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(dǎo)體收音機(jī)、收錄機(jī)、電視機(jī)及通信等設(shè)備的小信號(hào)電路中，其工作頻率較高，處理信號(hào)幅度較弱。
快速恢復(fù)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。
希望本文對(duì)大家有幫助，上文若有不妥之處，歡迎指正。