从零开始的硬件之路18:几种常见的二极管

发布网友 发布时间：2023-09-10 19:39

我来回答

共1个回答

热心网友 时间：2024-10-21 16:34

从零开始的硬件之路18：几种常见的二极管有：发光二极管、整流二极管、开关二极管、稳压二极管、续流二极管、肖特基（势垒）二极管、瞬态抑制二极管（TVS）。

这边有段时间没有更新，现在补上一篇。预计下一篇是三极管，再下一篇是用电阻、电容、二极管和三极管这几个元器件制作一个小电路并详细分析说明，电路已经画好并打板焊接好了，文章争取年前完成吧。这一篇从网上整理二极管的一些知识点，简单介绍几种二极管。

二极管的组成及原理：

先看看两个概念。打开模电的相关教材，可以看到第一章往往是半导体和PN结的介绍，可见半导体在模电学习中的重要性。

先来看看半导体的定义：半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料；利用半导体材料特殊电特性来完成特定功能的电子器件称为半导体器件。详细的说明可参考下面的文章：

再来看看PN结的定义：采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导*作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结，PN结具有单向导电性。

二极管就是用半导体材料制成的一种电子器件，由PN结、外部引线、管壳封装而成，文字符号为VD。如上图所示：二极管有两个电极，由P区引出的电极称为阳极（正极），由N区引出的电极称为阴极（负极）；因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。

二极管的分类：

1、发光二极管

发光二极管（light-emitting diode）即LED灯，由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成，是一种将电能转换成光能的电子元器件：插件发光二极管发光二极管在生活中的应用极其广泛，像手机上的手电筒、各种电子产品的指示灯等。

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。

发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

发光二极管达到最小导通电压就可以发光，其亮度随着正向电流IF的增大而增强，超过最大*电流则会损坏二极管，不同颜色的发光二极管的正向（导通）电压VF和IF不同，在选型时要注意导通电压和电路种限流电阻的选取，切不能一概论之。

2、整流二极管

整流二极管一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件，具有明显的单向导电性，整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造（掺杂较多时容易反向击穿）。

这种器件的结面积较大，能通过较大电流（可达上千安），但工作频率不高，一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半波整流电路，如需达到全波整流需连成整流桥使用。

整流二极管用于各种电源整流电路中，如电网供给的220V交流电整流成直流电。在开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管，可以选择快速恢复整流二极管、超快速恢复整流二极管和肖特基整流二极管这类工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管。

3、开关二极管

开关二极管是半导体二极管的一种，是为了在电路中进行接通和关断电路而设计的一种二极管（可以理解成一个开关），它由导通变为截止或由截止变为导通所需的时间比一般二极管短。当给开关二极加上正向电压时，二极管处于导通状态，这相当于开关的通态。当给开关二极管加上反向电压时，二极管处于截止状态，这相当于开关的断态。

开关二极管从截止（高阻状态）到导通（低阻状态）的时间叫开通时间；从导通到截止的时间叫反向恢复时间；两个时间之和称为开关时间。一般反向恢复时间大于开通时间，因此在开关二极管的使用参数上只给出反向恢复时间。

开关二极管的开关速度是相当快的，像硅开关二极管的反向恢复时间只有几纳秒，即使是锗开关二极管，也不过几百纳秒。

开关二极管具有开关速度快、体积小、寿命长、可靠性高等特点，广泛应用于电子设备的开关电路、检波电路、高频和脉冲整流电路及自动控制电路中。开关二极管分为普通开关二极管、高速开关二极管、超高速开关二极管、低功耗开关二极管、高反压开关二极管、硅电压开关二极管等多种，1N4148就是其中一种常用高速开关二极管。

4、稳压二极管

稳压二极管（Zener diode），又叫齐纳二极管，是一种利用PN结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。

稳压二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。

稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更高的稳定电压。

稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变；这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。

稳压二极管工作在反向击穿区，其反向击穿是可逆性的，当去掉反向电压稳压管又恢复正常，但如果反向电流超过允许范围，稳压二极管则会被彻底击穿而损坏，所以，与其配合的电阻往往起到限流的作用。

稳压二极管可以串联，两个稳压二极管反向串联，当正、反方向电压到达稳压值时，电压被钳位（即不能再升高）。

5、续流二极管

续流二极管（flyback diode），有时也称为飞轮二极管或snubber二极管，是一种配合电感性负载使用的二极管。续流二极管都是并联在线圈的两端。线圈在通过电流时，会在其两端产生感应电动势。

当电流消失时，其感应电动势会对电路中的元件产生反向电压。当反向电压高于元件的反向击穿电压时，会使元件如三极管、晶闸管等造成损坏。续流二极管并联在线圈两端，当流过线圈中的电流消失时，线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉，从而保护了电路中的其它元件的安全。

续流二极管在电路中反向并联在继电器或电感线圈的两端，当电感线圈断电时其两端的电动势并不立即消失，此时残余电动势通过一个二极管释放，起这种作用的二极管叫续流二极管。

其实“续流二极管”还是个二极管，只不过它在这起续流作用而已，例如在继电器线圈两端反向接的那个二极管或单向可控硅两端反向接的也都是。为什么要反向接个二极管呢？因为继电器的线圈是一个很大的电感，它能以磁场的形式储存电能，所以当他吸合的时候存储大量的磁场。

当控制继电器的三极管由导通变为截断时，线圈断电，但是线圈里有磁场。这时将产生反向电动势，电压可高达1000v以上，很容易击穿三极管或其他电路元件。这是由于二极管的接入正好和反向电动势方向一致，把反向电势通过续流二极管以电流的形式中和掉，从而保护了其他电路元器件。

如果控制的是大电感负载，一样会产生高压反电动势，原理和继电器一样的。续流二极管在显示器上也用到，一般用在消磁继电器的线圈上。当电感性负载的电流有突然的变化或减少时，电感二端会产生突变电压，可能会破坏其他元件。配合续流二极管时，其电流可以较平缓地变化，避免突波电压的发生。

6、肖特基（势垒）二极管

肖特基势垒二极管简称SBD（SchottkyBarrierDiode），是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。

肖特基二极管一种低功耗、高速的二极管，反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，耐压比较低，漏电流稍大，适合于高频应用。SBD具有开关频率高和正向压降低等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于60V，最高仅约100V，以致于*了其应用范围。

肖特基二极管多应用于开关电源、变频器、驱动器等电路，作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，或在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。常见的肖特基二极管有1N5819、B5819WS、SS14、SS34、SR160等。

7、瞬态抑制二极管（TVS）

瞬态电压抑制二极管（Transient Voltage Suppressor）简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS 二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它 能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。

瞬态抑制二极管与被保护电路并联，当瞬态电压超过电路的正常工作电压时，二极管发生雪崩，为瞬态电路提供通路，使内部电路免遭超额电压的击穿。将TVS 二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪声影响。

在选用TVS时，应使TVS额定反向关断VRWM应大于或等于保护电路的最大工作电压。TVS常见型号有SMAJ系列、SMBJ系列、SMCJ系列等。