二极管的作用是什么？二极管的分类和原理。

什么是二极管？

二极管(英文:Diode)是电子元件中有两个电极的器件，只允许电流单向流动，很多用途是应用它的整流功能。变容二极管用作电子可调电容器。大多数二极管的电流方向性通常被称为“整流”功能。二极管最常见的功能是只允许电流单向通过(称为正向偏置)，阻止电流反向通过(称为反向偏置)。因此，二极管可以形成电子版本的止回阀。

二极管分类

根据材料、制造工艺、用途、结构和封装，二极管可分为以下几类:

二极管原理

晶体二极管是由P型半导体和N型半导体形成的pn结，在其界面两侧形成空间电荷层，构建自建电场。当没有施加电压时，由于p-n？结两侧载流子浓度差引起的扩散电流等于自建电场引起的漂移电流，处于电平衡状态。

当外界存在直流偏压时，外电场和自建电场的相互抑制增加了载流子的扩散电流，引起正向电流。

当有外部反向偏压时，外部电场和自建电场进一步加强，在一定反向电压范围内形成与反向偏压值无关的反向饱和电流。

当施加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值，导致载流子倍增，产生大量的电子-空穴对，产生较大的反向击穿电流，称为二极管击穿现象。pn结反向击穿可分为齐纳击穿和雪崩击穿。

二极管特性

4.1、伏安特性

　　半导体二极管的核心是PN结，其特点是PN结的单向导通。伏安特性曲线常用来形象地描述二极管的单向导通性。

　　如果以电压为横坐标，电流为纵坐标，用一条光滑的曲线将电压和电流的对应值连接起来作为图形，就形成了二极管的伏安特性曲线，如下图所示(图中虚线为锗管的伏安特性，实线为硅管的伏安特性)。二极管的伏安特性曲线解释如下:

4.2、积极的特征

当在二极管两端施加直流电压时，会产生正向电流。直流电压较小时，正向电流极小(几乎为零)，称为死区。对应点A(A’)的电压称为死区电压或阈值电压(也称阈值电压)，硅管约为0.5V，锗管约为0.1V，如图中OA(OA’)部分所示。

当直流电压超过阈值电压时，正向电流会急剧增加，二极管导通时电阻很小。此时，硅管的正向导通压降约为0.6~0.7V，锗管的正向导通压降约为0.2~0.3V，如图中AB(a′b′)部分所示。

二极管正向导通时，要特别注意其正向电流不能超过最大值，否则会烧坏PN结。

4.3、反向特性

　　当二极管两端加反向电压时，二极管在很大的初始范围内相当于一个很大的电阻，反向电流很小，不随反向电压变化。此时的电流称为反向饱和电流IR，如图中OC(OC’)段所示。

4.4、反向击穿特性

4.5.温度对特性的影响

　　因为二极管的核心是PN结，所以它的导电性与温度有关。当温度升高时，二极管的正向特性曲线向左移动，正向压降减小。反向特性曲线下移，反向电流增大。

普通二极管

1、齐纳二极管

齐纳二极管又称齐纳二极管，是利用PN结反向击穿时电压基本不随电流变化的特性来达到稳压的目的。因为能在电路中起到稳压的作用，所以称为齐纳二极管(简称齐纳二极管)。齐纳二极管是根据击穿电压来划分的，其调节后的电压就是击穿电压。齐纳二极管主要用作电压调节器或电压参考元件，它们可以串联连接以获得更高的调节值。选用的齐纳二极管应满足应用电路中主要参数的要求。齐纳二极管的稳定电压值应与应用电路的参考电压值相同，齐纳二极管的最大稳定电流应比应用电路的最大负载电流高50%左右。

齐纳二极管按击穿电压分类。如果想得到更高的电压，可以将它们串联使用，这样可以得到更高的输出恒压。比如1N4620稳压3.3V，1N4625稳压5.1V，功率从200mW到100W不等..

2、发光二极管

发光二极管简称led。它由磷化镓、磷化砷化镓等半导体材料制成，可以直接将电能转化为光能。发光二极管除了具有普通二极管的单向导电性，还可以将电能转化为光能。当向LED施加直流电压时，它也处于导电状态。当正向电流流过管芯时，LED将发光并将电能转化为光能。发光二极管的发光颜色主要由制作灯管的材料和掺杂的杂质种类决定。目前发光二极管常见的发光颜色主要有蓝色、绿色、黄色、红色、橙色、白色等。其中，白光发光二极管是一种新产品。LED的工作电流通常为2 ~ 25mA。工作电压(即正向压降) 因材料不同而异:普通绿、黄、红、橙发光二极管的工作电压在2 V左右；白光发光二极管的工作电压通常高于2.4v；蓝色LED的工作电压通常高于3.3V，LED的工作电流不能超过额定值，否则有烧毁的危险。因此，通常在LED回路中串联一个电阻R作为限流电阻。红外发光二极管是一种特殊的发光二极管，外观与发光二极管相似，只是发出的是红外光，正常情况下人眼是看不到的。其工作电压约为1.4V，工作电流一般小于20mA。一些公司将两个不同颜色的发光二极管封装在一起，使之成为双色二极管(也称为变色发光二极管)。这种发光二极管通常有三个管脚，其中一个是公共端，可以发出三种颜色的光(其中一种是两种颜色的混合色)，所以通常作为不同工况的指示器件。

3.整流二极管

整流二极管利用二极管的单向导通性将交流电源整流成脉动DC电源。由于整流二极管正向电流较大，整流二极管结构一般采用面接触式，导致整流二极管结电容较大，整流二极管工作频率通常小于3KHz。全密封金属结构封装和塑封是整流二极管常用的封装方式，其中正向额定电流在1A以上的整流管用金属外壳封装，充分散热。正向额定电流低于1A的整流管大多采用全塑料封装。选择整流二极管时，主要考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率和反向恢复时间等参数。对于普通串联稳压电源电路中使用的整流器， 截止频率反向恢复时间不高，只需根据电路设计要求选择最大整流电流和最大反向工作电流满足要求的整流器即可。这种整流二极管包括1NXX系列和2CZ系列。开关稳压电源的整流电路和脉冲整流电路应采用工作频率高、反向恢复时间短的整流管。。对于高频开关电源，需要工作频率更高、反向恢复时间更短的整流二极管，如RU系列、V系列、1SR系列等。高一点的可以考虑用肖特基二极管整流。

4.检测用二极管

检波二极管是滤除叠加在高频载波上的低频信号的器件，具有较高的检测效率和良好的频率特性。该检测二极管具有正向压降小、检测效率高、结电容小和频率特性好的特点。选择检波二极管时，应根据电路设计要求，选择工作频率高、反向电流小、正向电流大的检波二极管。

检测是从输入信号中取出调制信号，以整流电流的大小，通常为100mA为分界点。通常输出电流小于100mA，称为检测。检测用二极管通常用于小信号电路，如晶体管收音机和电视机。

5.肖特基二极管

肖特基二极管是塞霍特基势垒二极管(SBD)的简称。它是一种低功耗、大电流、超高速的半导体器件。其反向恢复时间极短(小至几纳秒)，正向导通压降仅为0.4 V左右，整流电流可达几千安培。这些优秀的特性是快速恢复二极管无法比拟的。肖特基二极管是由贵金属(如金、银、铝、铂等)制成的金属半导体器件。)作为正极，N型半导体作为负极，并且在它们之间的接触表面上形成的势垒具有整流特性。肖特基二极管通常用于高频、大电流和低压整流电路。它广泛应用于大电流整流二极管、续流二极管和保护二极管。一些开关电源需要肖特基二极管。

6、瞬态电压抑制二极管

简称瞬态电压抑制二极管(TVP)。它是在电压调节器技术基础上发展起来的半导体器件，主要用于电压的快速过压保护电路。广泛应用于计算机、电子仪器、通讯设备、家用电器、机载/船用和汽车电子设备中进行野外作业，可作为人为操作引起的过电压冲击或雷击对设备的保护元件。瞬态电压抑制二极管按其峰值脉冲功率可分为四类:50W、1000W、1500W、5000W。当瞬态电压抑制二极管两端电压高于额定值时，它会瞬间导通，两端电阻以非常高的速度由高阻变为低阻，从而吸收很大的电流，将灯管两端电压箝位在预定值。

7.雪崩二极管

雪崩二极管是在稳压技术的基础上发展起来的微波功率器件，在外加电压的作用下能产生高频振荡。雪崩二极管通过雪崩击穿将载流子注入晶体。因为载流子穿越半导体晶片需要一定的时间，所以其电流滞后于电压，产生延迟时间。如果过渡时间控制得当，会对电流和电压的关系产生负阻效应，产生高频振荡。它常用于微波通信、雷达、战术导弹、遥控、遥测、仪器仪表等设备中。

8.快速恢复二极管(FRD)

快恢复二极管是一种新型半导体二极管，具有良好的开关特性和较短的反向恢复时间，通常用作高频开关电源中的整流二极管。

快恢复二极管的特点是恢复时间短，适用于高频(如电视中的行频)整流。快速恢复二极管有一个决定其性能的重要参数——反向恢复时间。反向恢复时间的定义是二极管从正向导通状态切换到关断状态所需的时间，从输出脉冲下降到零线的时间，到反向电源恢复到最大反向电流的10%的时间。

超快恢复二极管(SRD)是在快恢复二极管的基础上发展起来的，它们的主要区别是反向恢复时间更短。普通快恢复二极管的反向恢复时间为几百纳秒，超快恢复二极管(SRD)的反向恢复时间一般为几十纳秒。该值越小，快恢复二极管的工作频率越高。当工作频率在几十到几百k H z时，普通整流二极管的正反向电压变化比恢复时间慢，所以普通整流二极管不能实现单向导通，不能正常进行整流工作。这时候就要用快恢复整流二极管才能胜任。所以彩电等家用电器用开关电源供电的整流二极管通常是快恢复二极管，不能用普通的整流二极管代替，否则， 家用电器可能无法正常工作。

9.双向触发二极管

双向触发二极管，也称为双向触发二极管，是一种硅双向电压触发开关器件。当施加在双向触发二极管两端的电压超过其击穿电压时，两端都导通，导通将持续到电流中断或器件的最小保持电流降低，然后再次关断。双向触发二极管通常用于过压保护电路、移相电路、晶闸管触发电路和定时电路。

10、变容二极管

变容二极管(VCD)是一种利用反向偏压改变PN结电容的特殊半导体器件。变容二极管相当于容量可变的电容器。它的两个电极之间的PN结的电容随着施加到变容二极管两端的反向电压的大小而变化。当施加到变容二极管两端的反向电压增加时，变容二极管的电容减小。由于这一特性，变容二极管主要用在电调谐电路(如彩电的调谐器)中，作为一种可由电压控制的自动微调电容器。选择变容二极管时，应重点考虑其工作频率、最大反向工作电压、最大正向电流和零偏结电容是否满足应用电路的要求。我们应该选择结电容变化大，Q值高，反向漏电流小的变容二极管。

二极管选择

5.1、二极管识别

二极管的识别很简单:小功率二极管的负极通常在表面用色环标记；有些二极管也用“P”表示正极，用“N”表示负极；金属封装的二极管通常表面印有极性相同的二极管符号；LED的长腿为正，短腿为负。整流桥表面通常标有内部电路结构或交流输入、DC输出的名称，交流输入通常用“AC”或“~”表示；DC输出端子通常用“+”和“~”符号表示。由于形状多样，贴片二极管的极性标注方式也有很多种:在带引线的贴片二极管中，带有白色色环的管端为负极；在有引线和无色环的贴片二极管中，引线较长的一端是阳极；在无引线SMD二极管中， 表面有带状或凹口的一端为负极。

一般情况下，锗二极管的正向电阻约为1.6kΩ。不同材料的二极管正向压降不同:硅二极管为0.55~0.7V，锗二极管为0.15~0.3V。

5.2、二极管选择参数

不同类型的二极管具有不同的特性参数，必须了解以下主要参数:

1)额定正向工作电流。额定正向工作电流是指二极管长时间连续工作时所允许的最大正向电流。因为当电流通过管子时，管芯会发热，温度会升高。当温度超过允许极限时(硅胶管约140℃，锗管约90℃)，管芯会过热而损坏。因此，二极管不应超过所用二极管的额定正向工作电流。例如，常用的lN400l锗二极管的额定正向工作电流为1A。

2)最大浪涌电流。最大浪涌电流是允许流动的过量正向电流。不是正常电流，是瞬时电流，通常是额定正向工作电流的20倍左右。

3)最大反向工作电压。当二极管两端的反向电压达到一定值时，电子管将被击穿并失去其单向导电性。为了保证使用安全，规定了最大反向工作电压。比如lN4001二极管的反向耐压是50V，lN4007的反向耐压是1000v。

4)反向电流。反向电流是指在特定温度和最高反向电压下流经二极管的反向电流。反向电流越小，管的单向导电性越好。值得注意的是，反向电流与温度密切相关。温度每升高10℃，反向电流就增加一倍。比如2APl锗二极管，25℃时反向电流为250μA，温度升至35℃时会升至500μA。在75℃时，其反向电流已达8mA，不仅失去了单向导电性，还会导致灯管过热而损坏。硅二极管在高温下比锗二极管具有更好的稳定性。

5)反向恢复时间。从直流电压变为反向电压时，理想的情况是电压反向时能瞬间切断电流，但实际上通常需要一点时间的延迟，用反向恢复时间来量化。虽然直接影响二极管的开关速度，但不一定代表这个值小。

6)最大功率。最大功率是二极管两端的电压乘以流过二极管的电流。这个极限参数对于齐纳二极管等尤其重要。

二极管限幅原理分析齐纳二极管工作原理