工程師必讀的二極管知識(shí)大全
信息來源于：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于：2022-11-17
一、二極管的定義
二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管(diode)，在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個(gè)PN結(jié)兩個(gè)引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導(dǎo)性。一般來講，晶體二極管是一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的p-n結(jié)界面。
二、二極管的結(jié)構(gòu)
二極管是由管芯、管殼和兩個(gè)電極構(gòu)成。管芯就是一個(gè)PN結(jié)，在PN結(jié)的兩端各引出一個(gè)引線，并用塑料、玻璃或金屬材料作為封裝外殼，就構(gòu)成了晶體二極管，如下圖所示。P區(qū)的引出的電極稱為正極或陽極，N區(qū)的引出的電極稱為負(fù)極或陰極。
三、二極管的封裝：
1、插件封裝和貼片封裝
1）插件封裝（如下圖）
DO-41 （如：塑封1N4007/SR240/SR260、玻封1N47系列和BZX85C系列等）
DO-35（34）（如：1N4148、BZX55C系列等）
DO-15（如：塑封SR240、SR260等）
DO-201AD（如：塑封SR340、SR360、SR540等）
TO-220（如：肖特基MBR10100CT、MBR20100CT等）
TO-92（如：S8050、SS8050、S8550、SS8550等）
TO-251（如：2SB1412等）
TO-126（如：B772、D882等）
橋堆如KBP、KBL、KBU、KBJ、GBP、GBL、GBU、GBJ等都是插件封裝的。
2）貼片封裝(如下圖)
SOT-23（如：MMBT3904、MMBT3906等）
SOT-89（如：2SB772U等）
SOD-123（如：1N4148W等）
SOD-323（如：1N4148WS等）
SOD-523（如：1N4148WT等）
DO-214AC（SMA、SMX）（如：M7等）
DO-214AA（SMB）（如：SK24等）
DO-214AB（SMC）（如：SK34等）
LL-34（如：LL4148等）
SOD-123FL（如：RS07M等）
MD-S（如：橋堆MB6S等）
ABS(如：ABS10等)等等
四、二極管的分類：
1、二極管按半導(dǎo)體材料分為2類：
1）硅二極管（Si管）
2）鍺二極管（Ge管）
2、二極管按封裝安裝形式分2類：
1）插件封裝
2）貼片封裝
3、二極管按芯片焊接結(jié)構(gòu)分為3類
1）點(diǎn)接觸型二極管：是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成一個(gè)“PN結(jié)”。
2）面接觸型二極管：面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。
3）平面型二極管：平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。
4、二極管按用途分類：
整流二極管、肖特基二極管、TVS管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、PIN二極管、變?nèi)荻O管、調(diào)諧二極管、發(fā)光二極管等。
1、TVS二極管
1）簡介
TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR）或稱瞬變電壓抑制二極管是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新產(chǎn)品，其電路符號(hào)和普通穩(wěn)壓二極管相同，外形也與普通二極管無異，當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以10-12秒量級(jí)的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓鉗位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。
2）特點(diǎn)
TVS二極管（Transient Voltage Suppresser瞬態(tài)電壓抑制器）是和被保護(hù)電路并聯(lián)的，當(dāng)瞬態(tài)電壓超過電路的正常工作電壓時(shí)，二極管發(fā)生雪崩，為瞬態(tài)電流提供通路，使內(nèi)部電路免遭超額電壓的擊穿或超額電流的過熱燒毀。由于TVS二極管的結(jié)面積較大，使得它具有泄放瞬態(tài)大電流的優(yōu)點(diǎn)，具有理想的保護(hù)作用。
3）典型應(yīng)用
雷電過電壓波、負(fù)載開關(guān)等人為操作錯(cuò)誤引起的過電壓容易通過供電線路侵入電氣電子設(shè)備內(nèi)部，造成電氣電子設(shè)備失效、誤動(dòng)作，甚至造成設(shè)備的永久性損壞，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。通過在電源線路上安裝浪涌吸收裝置MOV和TVS，實(shí)施兩級(jí)保護(hù)，并對(duì)L、N線進(jìn)行共模、差模保護(hù)。具體做法是在線路的前端安裝MOV作為第一級(jí)SPD保護(hù)，泄放大部分雷電流，在線路的末端（設(shè)備前端）安裝大功率TVS作為第二級(jí)SPD保護(hù)，進(jìn)一步削弱過電壓波幅值，將電網(wǎng)電壓降至E/I安全耐壓范圍之內(nèi)，如圖3所示。要注意的是，MOV與TVS應(yīng)達(dá)到電壓和能量的協(xié)調(diào)與配合，AB之間的線路長度不應(yīng)小于5 m，否則應(yīng)增加線路長度或安裝退耦器件。
2、超快恢復(fù)二極管
1）介紹
超快恢復(fù)二極管（簡稱fred）是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間超短的半導(dǎo)體二極管，常用來給高頻逆變裝置的開關(guān)器件作續(xù)流、吸收、箝位、隔離、輸出和輸入整流器，使開關(guān)器件的功能得到充分發(fā)揮。超快恢復(fù)二極管是用電設(shè)備高頻化（20khz以上）和高頻設(shè)備固態(tài)化發(fā)展不可或缺的重要器件。
2）特點(diǎn)
超快恢復(fù)時(shí)間；大電流能力；高抗浪涌電流能力；低正向壓降；低反向漏電流
3）典型運(yùn)用
用作拖動(dòng)和UPS系統(tǒng)中單相或三相逆變器的續(xù)流二極管，采用PWM控制，開關(guān)頻率高于1kHz。
3、開關(guān)二極管
1）介紹
開關(guān)二極管是半導(dǎo)體二極管的一種，是為在電路上進(jìn)行“開”、“關(guān)”而特殊設(shè)計(jì)制造的一類二極管。它由導(dǎo)通變?yōu)榻刂够蛴山刂棺優(yōu)閷?dǎo)通所需的時(shí)間比一般二極管短，常見的有2AK、2DK等系列，主要用于電子計(jì)算機(jī)、脈沖和開關(guān)電路中。開關(guān)二極管開關(guān)速度高，即應(yīng)用頻率高。開關(guān)二極管高頻性能良好，主要用于開關(guān)電路作為電子開關(guān)使用。
2）特點(diǎn)
開關(guān)二極管反向恢復(fù)時(shí)間短，能滿足高頻和超高頻應(yīng)用的需要。開關(guān)二極管有接觸型，平面型和擴(kuò)散臺(tái)面型幾種，一般IF＜500毫安的硅開關(guān)二極管，多采用全密封環(huán)氧樹脂，陶瓷片狀封裝。
3）典型運(yùn)用
電路中VD1是開關(guān)二極管，它的作用相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，用來接通和斷開電容C2的。
4、快恢復(fù)二極管
1）介紹
快恢復(fù)二極管（簡稱FRD）是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用?？旎謴?fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。
2）特點(diǎn)
快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態(tài)正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓?？旎謴?fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，使其trr可低至幾十納秒。
3）典型運(yùn)用
通常情況下，直流電源輸入防反接保護(hù)電路可以利用利用快恢復(fù)二極管做反接保護(hù)，如下圖所示。這種接法簡單可靠，當(dāng)電路接法正確時(shí)電路電流能夠順利通過二極管，當(dāng)反接出現(xiàn)，由于PN結(jié)對(duì)載流電子的阻擋，電流無法通過，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路反接保護(hù)。
5、齊納二極管
1）介紹
齊納二極管又叫穩(wěn)壓二極管，齊納二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。在這臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很少的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的，因?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。其伏安特性，穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。
2）特點(diǎn)
齊納二極管的反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時(shí)，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當(dāng)反向電壓臨近反向電壓的臨界值時(shí)，反向電流驟然增大，稱為擊穿，在這一臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻驟然降至很小值。
3）運(yùn)用
過壓保護(hù)電路分為過低壓保護(hù)和過高壓保護(hù)電路。某些電路和器件不允許在過低壓下較長時(shí)間工作，為此可采用如圖4所示的穩(wěn)壓二極管作過低電壓保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓US超過穩(wěn)壓管擊穿電壓時(shí)，穩(wěn)壓管DZ擊穿導(dǎo)通，有足夠的電流激勵(lì)繼電器，觸點(diǎn)J1動(dòng)作給負(fù)載RL供電。一旦電源電壓過低（達(dá)不到穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓值）時(shí)，就沒有電流流過繼電器J，J1斷開負(fù)載即與電源分開。限流電阻SR的選擇原則是：SR=SU／Ij-Rj其中Us為電源電壓，Ij為繼電器工作電流．Rj為繼電器直流電阻。
6.肖特基二極管
1）介紹
肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基勢壘二極管（SchottkyBarrierDiode，縮寫成SBD）的簡稱。SBD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)原理制作的。因此，SBD也稱為金屬－半導(dǎo)體（接觸）二極管或表面勢壘二極管，它是一種熱載流子二極管。
2）特點(diǎn)
由于肖特基勢壘高度低于PN結(jié)勢壘高度，故其正向?qū)ㄩT限電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管低（約低0.2V）。
由于SBD是一種多數(shù)載流子導(dǎo)電器件，不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問題。SBD的反向恢復(fù)時(shí)間只是肖特基勢壘電容的充、放電時(shí)間，完全不同于PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。由于SBD的反向恢復(fù)電荷非常少，故開關(guān)速度非?？?，開關(guān)損耗也特別小，尤其適合于高頻應(yīng)用。
3）典型運(yùn)用
二極管的單向?qū)щ娦?，電源接反了直接?dǎo)通肖特基二極管，保護(hù)后級(jí)電路，其實(shí)這里肖特基二極管主要起過壓吸收作用，異常電壓或高諧波超過肖特基二極管擊穿電壓時(shí)，肖特基二極管導(dǎo)通，保護(hù)電路以免擊穿。
當(dāng)電壓反接之后，肖特基二極管與與5V的輸出端是并聯(lián)電路，而肖特基二極管的阻抗要小，所以分流較多，從而保護(hù)輸出端。
7.整流二極管
1）介紹
將交流電源整流成為直流電流的二極管叫作整流二極管，因結(jié)電容大，故工作頻率低。通常，IF在1安以上的二極管采用金屬殼封裝，以利于散熱；IF在1安以下的采用全塑料封裝。
2）特點(diǎn)
整流二極管用在工頻大電流領(lǐng)域，整流二極管的工作頻率低，有電壓和電流的要求指標(biāo)；單向?qū)娏?，?dāng)二極管二端加正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通；當(dāng)二極管二端加反向電壓時(shí)二極管截止，可用于整流等電路中。
3）典型運(yùn)用
整流二極管電路中主要是防止輸入端電壓突然降低或不慎短路，及時(shí)將輸出端大電容的電荷釋放掉，從而保護(hù)三端穩(wěn)壓器不被擊穿。即輸出電壓高于輸入電壓時(shí)，通過整流二極管釋放電壓。三端穩(wěn)壓器在輸出電壓大于輸入電壓時(shí)，三端極易損壞。
關(guān)注微信平臺(tái)
關(guān)注小程序
中文網(wǎng)站
英文網(wǎng)站