一、引言

1.1二極管結(jié)構(gòu)及符號

基本二極管由一根管子、一個外殼和兩個電極組成。管是一個PN結(jié)，在PN結(jié)的每一端畫一個針。用塑料、玻璃或金屬材料制成包裝外殼，如下圖所示。從P區(qū)抽出的電極稱為正電極或陽極，從N區(qū)引出的電極稱為負極或陰極。

圖1。簡單的二極管結(jié)構(gòu)和符號

1.2分類標準

1） 按材質(zhì)可分為鍺二極管（鍺管）和硅二極管（硅管）。

2） 按結(jié)構(gòu)可分為點接觸二極管、表面接觸二極管和平面二極管。點接觸二極管有一個小的PN結(jié)，不能通過一個大的正向電流和承受高反向電壓。但是，它在高頻段有良好的性能，適合于高頻檢測電路和開關電路。表面接觸二極管具有大的PN結(jié)，可以通過大電流和高反向電壓，適合用于整流電路。平面二極管用作脈沖數(shù)字電路的開關管時，PN結(jié)接觸小，但用于大功率整流時PN結(jié)面積大。表面貼裝二極管有兩種類型，有鉛和無鉛，它們的常見形狀是圓柱形和矩形。

3） 根據(jù)用途：包括整流二極管、檢測二極管、齊納二極管、變?nèi)荻O管、光電二極管、發(fā)光二極管、開關二極管、快速恢復二極管等。

二、常用二極管說明

二極管

整流二極管利用單向?qū)щ娞匦詫⒔涣?a target="_blank">電源整流為直流脈動電源。由于整流二極管的正向電流較大，其結(jié)構(gòu)一般采用表面接觸式。但這種結(jié)構(gòu)會導致結(jié)電容過大。整流二極管的工作頻率一般小于3KHz。全密封金屬結(jié)構(gòu)包裝和塑料包裝是整流二極管的常見包裝形式。正向額定電流大于1A的整流器封裝在金屬外殼內(nèi)，充分散熱；正向額定電流小于1A的整流器大多采用全塑料包裝。

圖2。整流器

在選擇整流二極管時，主要考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率和反向恢復時間等參數(shù)。普通串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路中使用的整流管，其截止頻率的反向恢復時間不嚴格，因此只能選擇滿足電路要求的最大整流電流和最大反向工作電流。另外，開關電源的整流電路和脈沖整流電路應采用工作頻率高、反向恢復時間短的整流器。

檢測二極管

檢測二極管是一種濾除疊加在高頻載波上的低頻信號的裝置。它具有較高的檢測效率和良好的頻率特性，主要采用玻璃封裝結(jié)構(gòu)。該檢測二極管具有正向壓降小、檢測效率高、結(jié)電容小、頻率特性好等特點。在選擇檢測二極管時，應根據(jù)電路設計要求考慮工作頻率高、反向電流小、正向電流足夠大。

開關二極管

開關二極管的正向偏置導通電阻很低，施加反向偏置時關斷電阻很大。利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕娏骺梢蚤_關，所以管被稱為開關二極管。

圖3。開關二極管

中速開關電路和檢測電路可采用2AK系列普通開關二極管。高速開關電路可選用RLS系列、1S系列、1N系列、2CK系列高速開關二極管。開關二極管的具體型號應根據(jù)電路的主要參數(shù)，如正向電流、最大反向電壓、反向恢復時間等來選擇，例如，反向恢復時間（trr）是指從接通狀態(tài)到完全關閉狀態(tài)的時間。一般情況下，電子關斷后不能立即停止，有一定量的反向電流流動，漏電流越大，損耗越大。開關二極管的關鍵特性是開關速度快，可以滿足高頻和超高頻電路的需要。因此它常被用于脈沖數(shù)字電路和自動控制電路中。

圖4。反向恢復時間（trr）

穩(wěn)壓二極管

齊納二極管利用PN結(jié)反向擊穿時電壓基本不隨電流變化而變化的特點，達到調(diào)壓的目的。按擊穿電壓劃分，其電壓調(diào)節(jié)值為擊穿電壓值。齊納二極管作為電壓調(diào)節(jié)器或電壓基準元件，可以串聯(lián)在一起以獲得更高的電壓調(diào)節(jié)值。選擇齊納二極管時，應符合電路參數(shù)要求。例如，齊納二極管的穩(wěn)定電壓值應與應用電路的參考電壓相同，最大穩(wěn)定電流應高于應用電路的最大負載電流的50%左右。

雪崩二極管

雪崩二極管是在穩(wěn)壓器技術(shù)基礎上發(fā)展起來的微波功率器件。它能在外加電壓的作用下產(chǎn)生高頻振蕩。雪崩二極管利用雪崩擊穿將載流子注入晶體中。因為載流子在半導體晶圓上傳輸需要一定的時間，所以它的電流會在一段時間內(nèi)滯后于電壓。如果渡越時間控制得當，會對電流-電壓關系產(chǎn)生負電阻效應，導致高頻振蕩。在應用方面，它常被用于微波通信、雷達、戰(zhàn)術(shù)導彈、遙控、遙測等設備中。

快恢復二極管

快速恢復二極管是一種新型的半導體二極管，具有良好的開關特性和較短的反向恢復時間，通常用作高頻開關電源的整流二極管。

反向恢復時間是快速恢復二極管的一個重要參數(shù)。它的定義是二極管從正向?qū)顟B(tài)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂範顟B(tài)，從零輸出脈沖到反向電源，恢復到最大反向電流的10%所需的時間。

超快速恢復二極管（SRD）是在快速恢復二極管的基礎上發(fā)展起來的，其主要區(qū)別在于反向恢復時間更短。普通快恢復二極管的反向恢復時間為幾百納秒，而SRD的反向恢復時間一般為幾十納秒。值越小，二極管的工作頻率越高。當工作頻率在幾十到幾百kHz范圍內(nèi)時，普通整流二極管的電壓變化時間比恢復時間慢，單向?qū)▽е露O管不能正常工作。在這種情況下，需要一個快速恢復整流二極管。因此，整流二極管用于彩電等家用電器的開關電源。否則，電器可能無法與普通整流二極管正常工作。

階躍變換二極管

它的結(jié)構(gòu)特點是：在PN結(jié)的邊界處有一個陡峭的雜質(zhì)分布區(qū)，從而形成一個“自助電場”。由于PN結(jié)處于正向偏壓下，它與少量載流子一起導電，并且在PN結(jié)附近具有電荷存儲效應，因此其反向電流需要一個“存儲時間”才能降到最小值（反向飽和電流值）。自救電場縮短了儲存時間，快速切斷反向電流，產(chǎn)生豐富的諧波成分。利用這些諧波成分，可以設計出一種特殊的頻譜產(chǎn)生電路，主要用于脈沖和高次諧波電路中。

肖特基二極管

肖特基二極管是一種低功耗、大電流、超高速的半導體器件，其反向恢復時間極短（可小到幾納秒），正向壓降僅為0.4v左右，但整流電流可達數(shù)千安培。這些優(yōu)良特性是快速恢復二極管無法比擬的。

圖5。伏安特性曲線

肖特基二極管是以貴金屬（金、銀、鋁、鉑等）為正極，N型半導體為負極，在二者接觸表面形成的勢壘具有整流特性的金屬半導體器件。肖特基二極管通常用于高頻、大電流、低壓整流電路中。此外，一些開關電源也需要它。

瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）

瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）是一種常用的電路保護裝置，具有響應時間快（亞納秒級）和相當高的浪涌吸收能力。由于TVS的兩端受到瞬時高能沖擊，TVS可以以非常高的速度將兩端之間的阻抗值從高阻抗改變?yōu)榈妥杩?，從而吸收瞬時大電流并將電壓鉗制在預定值上，保護后續(xù)電路元件免受瞬態(tài)高壓尖峰的影響。它對過電壓的響應比變阻器或氣體放電管快。廣泛應用于計算機、電子儀器、通訊設備、家用電器、機載/船用及汽車電子設備中，也可用作過電壓沖擊或雷擊等保護元件。

根據(jù)峰值脈沖功率的不同，電視機可分為四類：50W、1000W、1500W和5000W。當兩端的電壓高于額定值時，它會瞬間開啟，兩端的電阻會以很高的速度由高電阻變?yōu)榈碗娮瑁站薮蟮碾娏?，并將電壓鉗制在一個預先設定的值上。

發(fā)光二極管（LED）

發(fā)光二極管由半導體材料制成，如磷化鎵和磷化砷化鎵。除了普通二極管的單向?qū)щ娞匦酝?，它們還可以直接將電能轉(zhuǎn)換為光能。當正向電壓施加在發(fā)光二極管上時，它也處于導電狀態(tài)。正向電流流過管子，它會發(fā)光。

發(fā)光二極管的發(fā)光顏色主要取決于管的材料和所含雜質(zhì)的類型。目前，常用的發(fā)光二極管有藍色、綠色、黃色、紅色、橙色、白色等。LED的工作電流一般為2～25mA。工作電壓隨材料的不同而變化：普通的綠色、黃色、紅色和橙色發(fā)光二極管約為2v；白色發(fā)光二極管的工作電壓通常高于2.4V，而藍色發(fā)光二極管的工作電壓通常高于3.3V。LED的工作電流不能超過額定值，否則有燒壞的危險。因此，限流電阻器通常串聯(lián)在LED電路中。紅外發(fā)光二極管是一種特殊的發(fā)光二極管，其形狀與LED相似，但它發(fā)出的紅外光，在正常情況下人眼是看不見的。其工作電壓約為1.4V，工作電流一般小于20mA。除了單色LED外，還有雙色和三色LED，可以發(fā)射兩種以上顏色的光。

發(fā)光二極管的PN結(jié)封裝在透明的塑料外殼中，形狀為方形、矩形和圓形。發(fā)光二極管具有驅(qū)動電壓低、工作電流小、抗振動沖擊能力強、體積小、可靠性高、省電、壽命長等優(yōu)點，被廣泛應用于信號顯示等電路中。

激光二極管

激光二極管是一種類似于led的二極管。它們具有與二極管相似的特性，但在正向偏壓模式下，它們發(fā)射光，兩端的電壓降充當負載。半導體激光器具有效率高、體積小、壽命長等優(yōu)點，但輸出功率小（一般小于2mW）。其線性度差，單色性差，在有線電視系統(tǒng)中的應用受到很大限制，不能傳輸多通道、高性能的模擬信號。

有兩種常見的激光二極管：

①PIN光電二極管

當它接收到產(chǎn)生光電流的能量時，會產(chǎn)生量子噪聲。

② 雪崩光電二極管

它可以提供內(nèi)部信號放大，傳輸距離比PIN光電二極管長，但量子噪聲更大。

光電二極管

光電二極管的外殼裝有玻璃窗，以便于接收光。它的特點是當光照射到PN結(jié)時，可以成對地產(chǎn)生自由電子和空穴，從而增加半導體中少數(shù)載流子的濃度。在一定的反向偏壓下，反向電流增大。因此，其反向電流隨光強的增加而線性增加。當沒有光線時，光電二極管的伏安特性與普通二極管相同。作為光控制元件，光電二極管可用于各種物體的探測、光電控制、自動報警等。當制作出大型光電二極管時，它可以作為一種稱為光伏電池的能源。此時，它不需要外部電源，可以直接將光能轉(zhuǎn)換成電能。

交流二極管

DIC是一個二極管，它只在瞬間達到導通電壓后才傳導電流。它是一種硅雙向電壓觸發(fā)開關器件。當施加在二極管上的電壓超過其擊穿電壓時，兩端接通，直到電流中斷或降至器件保持電流的最小值，傳導才會停止。圓盤通常用于過電壓保護電路、移相電路、晶閘管觸發(fā)電路和定時電路中。

變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管是一種特殊的半導體器件，它利用反向偏壓改變PN結(jié)的電容。它相當于可變電容器。PN結(jié)兩端的電容隨反向電壓的大小而變化。隨著電壓的增加，變?nèi)荻O管的容量減小。由于這一特性，它主要用于電調(diào)諧電路（如彩電的LNB），作為電壓控制的自動微調(diào)電容器。

在選擇變?nèi)荻O管時，應重點考慮電路的工作頻率、最大反向工作電壓、最大正向電流和零偏結(jié)電容。應選用低反向漏電流和不同結(jié)電容的變?nèi)荻O管。

自由旋轉(zhuǎn)二極管

通常，選擇快速恢復二極管或肖特基二極管作為“自由行二極管”。它通常用于電路中，以保護元件免受感應電壓擊穿或燒毀。將產(chǎn)生感應電動勢（EMF）的元件兩端并聯(lián)連接，并與之形成回路，這樣回路中產(chǎn)生的高電勢被電流消耗，從而保護電路中的元件。

續(xù)流二極管通常與儲能元件一起使用，以防止電壓和電流的突然變化，并提供通路。電感通過電感向負載提供連續(xù)電流，防止負載電流突變，起到平滑電流的作用。在開關電源中，由串聯(lián)的二極管和電阻器組成的一種自轉(zhuǎn)電路。該電路的續(xù)流二極管與變壓器并聯(lián)。當開關管關斷時，自由輪電路可以釋放變壓器線圈中儲存的能量，防止感應電壓過高而損壞開關管。實際上，續(xù)流二極管并不是一個實質(zhì)性的元件，它只是在電路中具有自由度功能。

耿氏二極管

耿氏二極管，也稱為轉(zhuǎn)移電子器件（TED），是一種用于高頻電子器件的二極管。與普通二極管同時具有N型區(qū)和P型區(qū)不同，它只由N型雜質(zhì)半導體組成。

Gunn二極管有三個區(qū)：兩端為N型雜質(zhì)摻雜區(qū)，中間有一層輕摻雜層。當電壓施加在Gunn二極管上時，中心薄層的電梯度最大。因為在導體材料中，電流與電壓成正比，就會產(chǎn)生導電性。最終，在中心薄層處會產(chǎn)生更高的電場值，從而產(chǎn)生更高的電阻，以防止電導率進一步增加，從而使電流開始減小。這意味著Gunn二極管具有負電阻效應，或者稱為負微分電阻。在許多射頻電路設計中，它是一種簡單有效的微波發(fā)生器形式。

透納二極體

它是一種以隧穿電流為主電流的晶體二極管，是一種雙端有源器件?；撞牧鲜巧榛壓玩N。N型區(qū)和P型區(qū)是高摻雜區(qū)（即雜質(zhì)濃度很高）。隧穿電流是由半導體的量子力學效應產(chǎn)生的，它有三個條件：導帶和全帶都是費米能級；空間電荷層的寬度必須窄（小于0.01微米）；的P型和N型區(qū)的空穴將與相同能級的電子重疊。隧道二極管可用于低噪聲高頻放大器和高頻振蕩器（其工作頻率可達毫米波），也可用于高速開關電路。

PIN二極管

這是一種晶體二極管，在P區(qū)和N區(qū)之間有一層本征半導體（或雜質(zhì)濃度低的半導體）。當其工作頻率超過100MHz時，由于少數(shù)載流子的儲存效應和本征層的渡越時間效應，二極管失去整流功能，成為阻抗元件，其阻抗值隨偏置電壓的變化而變化。因此，PIN二極管可以用作可變阻抗元件。它常用于微波開關、移相、調(diào)制、限幅等高頻開關電路中。

阻尼二極管

阻尼二極管具有較低的電壓降和較高的工作頻率，能夠承受較高的反向工作電壓和峰值電流，并且具有較小的正向壓降。它類似于高頻高壓整流二極管，用于阻尼和升壓整流。

真空二極管

真空二極管，又稱電子二極管或閥門，或真空管。只有一個陰極和一個陽極的管子。它是由基于加熱燈絲的陰極發(fā)射的電子傳導的。由于燈絲有熱損耗，其性能不如半導體二極管。

當陽極電位高于陰極時，陰極發(fā)射的電子在電場作用下向陽極移動形成電子流。當陰極電壓高于陽極時，電子所受的電場力將電子拉回到陰極，不能產(chǎn)生電流。這就是單向?qū)щ娦?。一般用于校正和檢測。有兩種真空管，真空管和氣體管（填充惰性氣體）。后者還可用于電壓穩(wěn)定、指示和系統(tǒng)控制。

全二極管符號顯示

三、二極管比較

3.1肖特基二極管與普通二極管

對于普通二極管，硅管的初始導通壓降約為0.5V，正常導通壓降約為0.7V，接近極限電流時的導通壓降約為1V。鍺管的初始導通壓降約為0.2V，正常導通壓降約為0.3V，接近極限電流時的導通壓降約為0.4V。對于肖特基二極管，初始開啟電壓降約為0.4V，正常開啟電壓降約為0.5V，接近極限電流時開啟電壓降約為0.8V。

兩個二極管都是單向的，可用于整流應用。不同的是，普通硅二極管的耐壓可以更高，但恢復時間較長，只能用于低頻整流。如果在高頻下使用，會發(fā)生反向泄漏，導致管子燒毀。肖特基二極管耐壓低，但恢復時間短，可用于高頻場合。

3.2瞬態(tài)電壓抑制器vs ESD保護二極管

TVS主要用于瞬態(tài)電壓抑制，ESD主要用于靜電放電保護。防靜電要求電容值低，一般在1～3.5PF之間最好，靜電放電很好地滿足要求。然而，電視不能做到這一點，因為電視的電容相對較高。

3.3發(fā)光二極管與激光二極管

LED利用注入有源區(qū)的載流子的自發(fā)發(fā)射發(fā)光，而LD則通過激光輻射發(fā)光。LED發(fā)出的光的方向是隨機的，LD光的方向和相位是相同的。LD有一個光學諧振腔，因此產(chǎn)生的光子在諧振腔中振蕩和放大，而LED沒有這一點。LED沒有臨界值，光譜密度比LD高幾個數(shù)量級，光輸出功率小，發(fā)散角大。LED通常用于交通燈等電氣設備的指示燈中。具有使用壽命長、光電轉(zhuǎn)換效率高的特點。而半導體激光器則廣泛應用于低功率光電器件，如計算機上的CD驅(qū)動器和激光打印機的打印部件。

四、二極管應用

4.1整流

根據(jù)單向?qū)щ娦?，二極管可以將交流電流轉(zhuǎn)換為單向脈沖直流電。

4.2開關

在正向電壓作用下，二極管的電阻很小，處于導通狀態(tài)，相當于通電；在反向電壓的作用下，電阻很大，處于斷開狀態(tài)，就像開關斷開一樣。利用二極管的開關特性，可以制作各種邏輯電路。

4.3限幅

二極管正向?qū)ê?，正向壓降基本保持不變（硅管?.7V，鍺管為0.3V）。利用這一特性，二極管通常被視為電路中的限制元件，將信號幅度限制在一定范圍內(nèi)。

4.4續(xù)流

它在開關電源的電感和繼電器等感性負載中起著自由轉(zhuǎn)動的作用。

4.5顯示

二極管通常用于VCD、DVD、紅綠燈和其他顯示器。

五、常見問題

二極管根據(jù)其特性進行分類，并根據(jù)電路要求提供多種不同類型的二極管，包括整流二極管、開關二極管、發(fā)光二極管、肖特基二極管、齊納二極管和高頻應用二極管等。

關于不同類型二極管的常見問題

1.二極管有哪些不同的類型？
不同類型的二極管
小信號二極管
大信號二極管
齊納二極管
發(fā)光二極管（LED）
恒流二極管
肖特基二極管
肖克利二極管
步進恢復二極管

2.二極管及其類型是什么？
二極管是一種雙端的電氣裝置，它只允許在一個方向上傳輸電流。。。大多數(shù)二極管是由半導體（如硅）制成的，但在少數(shù)情況下，鍺（鍺）也被使用。總結(jié)現(xiàn)有的不同類型的二極管有時是有益的。

3.如何識別肖特基二極管？
肖特基二極管是在正向和反向兩個方向上測量的。如果re a，圖8-25中的測量值表明該管是硅二極管。如果是鍺二極管，正向電壓讀數(shù)應小于0.3V。

4.二極管的用途是什么？
二極管的應用領域包括限幅器、限幅器、門等通信系統(tǒng)；計算機系統(tǒng)如邏輯門、夾具；整流器和逆變器等供電系統(tǒng)；電視系統(tǒng)，如相位檢測器、限制器、夾具；雷達電路，如增益控制電路、參數(shù)放大器等。