工程师必读的二极管知识大全

一、二极管的定义

二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的传导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。

二、二极管的结构

二极管是由管芯、管壳和两个电极构成。管芯就是一个PN结，在PN结的两端各引出一个引线，并用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，就构成了晶体二极管，如下图所示。P区的引出的电极称为正极或阳极，N区的引出的电极称为负极或阴极。

 

三、二极管的封装：

1、 插件封装和贴片封装

1）插件封装（如下图）

      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）

      桥堆如KBP、KBL、KBU、KBJ、GBP、GBL、GBU、GBJ等都是插件封装的。

 

2）贴片封装(如下图)

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：桥堆MB6S等）

ABS(如：ABS10等)等等

 

四、二极管的分类：

1、二极管按半导体材料分为2类：

1）硅二极管（Si管）

2）锗二极管（Ge管）

2、二极管按封装安装形式分2类：

1）插件封装

2）贴片封装

3、二极管按芯片焊接结构分为3类

1）点接触型二极管：是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。

 

2）面接触型二极管：面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。

 

3）平面型二极管：平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。

 

 

 

4、二极管按用途分类：

整流二极管、肖特基二极管、TVS管、稳压二极管、开关二极管、PIN二极管、变容二极管、调谐二极管、发光二极管等。

 

1、TVS二极管

1）简介

TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR）或称瞬变电压抑制二极管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其电路符号和普通稳压二极管相同，外形也与普通二极管无异，当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12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，使两极间的电压钳位于一个预定值，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。

2）特点

TVS二极管（Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器）是和被保护电路并联的，当瞬态电压超过电路的正常工作电压时，二极管发生雪崩，为瞬态电流提供通路，使内部电路免遭超额电压的击穿或超额电流的过热烧毁。由于TVS二极管的结面积较大，使得它具有泄放瞬态大电流的优点，具有理想的保护作用。

3）典型应用

雷电过电压波、负载开关等人为操作错误引起的过电压容易通过供电线路侵入电气电子设备内部，造成电气电子设备失效、误动作，甚至造成设备的永久性损坏，造成严重经济损失。通过在电源线路上安装浪涌吸收装置MOV和TVS，实施两级保护，并对L、N线进行共模、差模保护。具体做法是在线路的前端安装MOV作为第一级SPD保护，泄放大部分雷电流，在线路的末端（设备前端）安装大功率TVS作为第二级SPD保护，进一步削弱过电压波幅值，将电网电压降至E/I安全耐压范围之内，如图3所示。要注意的是，MOV与TVS应达到电压和能量的协调与配合，AB之间的线路长度不应小于5 m，否则应增加线路长度或安装退耦器件。

 

2、超快恢复二极管

 

1）介绍

超快恢复二极管（简称fred）是一种具有开关特性好、反向恢复时间超短的半导体二极管，常用来给高频逆变装置的开关器件作续流、吸收、箝位、隔离、输出和输入整流器，使开关器件的功能得到充分发挥。超快恢复二极管是用电设备高频化（20khz以上）和高频设备固态化发展不可或缺的重要器件。

 

2）特点

超快恢复时间；大电流能力；高抗浪涌电流能力；低正向压降；低反向漏电流

3）典型运用

用作拖动和UPS系统中单相或三相逆变器的续流二极管，采用PWM控制，开关频率高于1kHz。

 

 

3、开关二极管

 

1）介绍

开关二极管是半导体二极管的一种，是为在电路上进行“开”、“关”而特殊设计制造的一类二极管。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，常见的有2AK、2DK等系列，主要用于电子计算机、脉冲和开关电路中。开关二极管开关速度高，即应用频率高。开关二极管高频性能良好，主要用于开关电路作为电子开关使用。

 

2）特点

开关二极管反向恢复时间短，能满足高频和超高频应用的需要。开关二极管有接触型，平面型和扩散台面型几种，一般IF＜500毫安的硅开关二极管，多采用全密封环氧树脂，陶瓷片状封装。

3）典型运用

电路中VD1是开关二极管，它的作用相当于一个开关，用来接通和断开电容C2的。

 

4、快恢复二极管

 

1）介绍

快恢复二极管（简称FRD）是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压（耐压值）较高。

 

2）特点

快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同，它是在P型、N型硅材料中间增加了基区I，构成P-I-N硅片。由于基区很薄，反向恢复电荷很小，不仅大大减小了trr值，还降低了瞬态正向压降，使管子能承受很高的反向工作电压。快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒，正向压降约为0.6V，正向电流是几安培至几千安培，反向峰值电压可达几百到几千伏。超快恢复二极管的反向恢复电荷进一步减小，使其trr可低至几十纳秒。

3）典型运用

通常情况下，直流电源输入防反接保护电路可以利用利用快恢复二极管做反接保护，如下图所示。这种接法简单可靠，当电路接法正确时电路电流能够顺利通过二极管，当反接出现，由于PN结对载流电子的阻挡，电流无法通过，从而实现了对电路反接保护。

 

5、齐纳二极管

 

1）介绍

齐纳二极管又叫稳压二极管，齐纳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少的数值，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。其伏安特性，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多的稳定电压。

 

2）特点

齐纳二极管的反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿，在这一临界击穿点上，反向电阻骤然降至很小值。

 

3）运用

过压保护电路分为过低压保护和过高压保护电路。某些电路和器件不允许在过低压下较长时间工作，为此可采用如图4所示的稳压二极管作过低电压保护电路。当电源电压US超过稳压管击穿电压时，稳压管DZ击穿导通，有足够的电流激励继电器，触点J1动作给负载RL供电。一旦电源电压过低（达不到稳压管稳定电压值）时，就没有电流流过继电器J，J1断开负载即与电源分开。限流电阻SR的选择原则是：SR=SU／Ij-Rj其中Us为电源电压，Ij为继电器工作电流．Rj为继电器直流电阻。

 

6. 肖特基二极管

 

1）介绍

肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode，缩写成SBD）的简称。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。

2）特点

由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度，故其正向导通门限电压和正向压降都比PN结二极管低（约低0.2V）。

由于SBD是一种多数载流子导电器件，不存在少数载流子寿命和反向恢复问题。SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间，完全不同于PN结二极管的反向恢复时间。由于SBD的反向恢复电荷非常少，故开关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适合于高频应用。

3）典型运用

二极管的单向导电性，电源接反了直接导通肖特基二极管，保护后级电路，其实这里肖特基二极管主要起过压吸收作用，异常电压或高谐波超过肖特基二极管击穿电压时，肖特基二极管导通，保护电路以免击穿。

当电压反接之后，肖特基二极管与与5V的输出端是并联电路，而肖特基二极管的阻抗要小，所以分流较多，从而保护输出端。

 

 7. 整流二极管

 

1）介绍

将交流电源整流成为直流电流的二极管叫作整流二极管，因结电容大，故工作频率低。通常，IF在1安以上的二极管采用金属壳封装，以利于散热；IF在1安以下的采用全塑料封装。

2）特点

整流二极管用在工频大电流领域，整流二极管的工作频率低，有电压和电流的要求指标；单向导通电流，当二极管二端加正向电压时，二极管导通；当二极管二端加反向电压时二极管截止，可用于整流等电路中。

3）典型运用

整流二极管电路中主要是防止输入端电压突然降低或不慎短路，及时将输出端大电容的电荷释放掉，从而保护三端稳压器不被击穿。即输出电压高于输入电压时，通过整流二极管释放电压。三端稳压器在输出电压大于输入电压时，三端极易损坏。

 

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