電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)元器件 二極管，小小二極管，大大用途。...

前言

二極管作為最基礎(chǔ)的晶體管，在電子電路應(yīng)用中無所不在，博主在電路小課堂專欄里面的電路總結(jié)，不管是電平轉(zhuǎn)換電路，電源自動(dòng)切換電路，防反接電路，都有二極管的影子。

雖然二極管很基礎(chǔ)，相對(duì)其他晶體管來說它是簡(jiǎn)單的，但是他的種類繁多，不同的類型應(yīng)用場(chǎng)景也不相同，那么在我們平時(shí)電路設(shè)計(jì)上如何選擇合適的二極管，以及了解不同種類的二極管的應(yīng)用場(chǎng)景就很重要了。

那么既然要說，那么博主肯定是老樣子，不將就！給它整到位了，從原理到應(yīng)用一網(wǎng)打盡。

說明，本文的核心在于了解二極管的分類和應(yīng)用，說明不同二極管的不同應(yīng)用場(chǎng)合，一些基礎(chǔ)的說明會(huì)使用引用，但是博主還是會(huì)對(duì)每個(gè)部分做總結(jié)說明。

開局一張圖 ：

二極管的伏安特性曲線圖 <3 是理解二極管應(yīng)用的核心

在這里插入圖片描述

一、二極管基礎(chǔ)知識(shí)

首先我們來認(rèn)識(shí)一下二極管，當(dāng)然這部分都是基礎(chǔ)介紹，知道與不知道并不影響二極管的應(yīng)用。

基礎(chǔ)知識(shí)說明大部分為引用總結(jié)，博主會(huì)在每小章節(jié)的最后用總結(jié)的語言概括一下。

1.1 什么是二極管

基本的名詞解釋還是得用官方的話語：其中了解一下 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。常見的半導(dǎo)體有硅（Si）和鍺（Ge）。二極管由半導(dǎo)體的材料制成，有硅二極管和鍺二極管之分。

二極管是一種由半導(dǎo)體材料制成的一種具有單向?qū)щ娦阅艿?a target="_blank">電子元器件。

1.2 二極管的組成

二極管就是由一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線及管殼封裝而成的。

其中 PN 結(jié)的解釋如下：那么其中 P型半導(dǎo)體 和 N型半導(dǎo)體 的解釋，在?全面認(rèn)識(shí)MOS管，一篇文章就夠了 一文中已經(jīng)簡(jiǎn)單介紹過了，這里截取文中圖片：

二極管就是由一個(gè)由 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體形成的 PN 結(jié)加上相應(yīng)的電極引線及管殼封裝而成的。

1.3 二極管的原理

二極管的工作原理要說清楚，需要從他的根本 PN 結(jié)說起，從 PN 結(jié)形成的原理分析，還需要分析 P 型半導(dǎo)體的形成，N 型半導(dǎo)體的形成等等。

如果要實(shí)實(shí)在在的說清楚，至少需要圖文并茂，如果能夠有視頻講解就更好了，博主這里參考了網(wǎng)上大量的文章和視頻，推薦幾個(gè)博主認(rèn)為說明的比較細(xì)致的文章和視頻（本文的側(cè)重點(diǎn)還是在分類和應(yīng)用上，這個(gè)原理已經(jīng)有很多好的文章和視頻）：

二極管工作原理的文章：

二極管工作原理

二極管工作原理的視頻：

深入淺出講解二極管工作原理

二極管工作原理百度百科：

二極管工作的原理簡(jiǎn)單概括為：PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流;PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

二、二極管特性

2.1 伏安特性曲線圖

我們通過二極管的伏安特性曲線圖，來分析說明一下二極管的一些特性：

正向特性(外加正向電壓，上圖中X坐標(biāo)的正半部分)當(dāng)正向電壓超過某一數(shù)值后，二極管才有明顯的正向電流，該電壓值稱為導(dǎo)通電壓。在室溫下，硅管的Ｖth約為0.5V，鍺管的Ｖth約為0.1V。大于導(dǎo)通電壓的區(qū)域稱為導(dǎo)通區(qū)。當(dāng)流過二極管的電流Ｉ比較大時(shí)，二極管兩端的電壓幾乎維持恒定，硅管約為0.6～0.8Ｖ（通常取0.7Ｖ），鍺管約為0.2～0.3V（通常取0.2Ｖ）。

反向特性(外加正向電壓，上圖中X坐標(biāo)的負(fù)半部分)在反向電壓小于反向擊穿電壓的范圍內(nèi)，由少數(shù)載流子形成的反向電流很小，而且與反向電壓的大小基本無關(guān)。此部分為截止區(qū)。由二極管的正向與反向特性可直觀的看出：①二極管是非線性器件；②二極管具有單向?qū)щ娦浴?/p>

反向擊穿特性當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值ＶBR時(shí)，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象叫做二極管的反向擊穿。

2.2 溫度的影響

記住一句話就可以：

<3溫度升高會(huì)導(dǎo)致正向特性左移（導(dǎo)通電壓降低，正向壓降降低），反向特性下移（反向電流增加）。

2.3 關(guān)于擊穿

二極管擊穿分為電擊穿與熱擊穿，其中電擊穿過程是可逆的，熱擊穿是任何時(shí)候都需要避免的。

1、電擊穿

雪崩擊穿：PN結(jié)摻雜濃度低，所加反向電壓較高，擊穿電壓與濃度成反比（一般需要比較高的電壓>6V）。

齊納擊穿：PN結(jié)摻雜濃度高，所加反向電壓較低，阻擋層很薄，如穩(wěn)壓管(齊納二極管)

采取適當(dāng)?shù)膿诫s工藝，可將硅PN結(jié)的雪崩擊穿電壓可控制在8～1000V。而齊納擊穿電壓低于5V。

2、熱擊穿

在使用二極管的過程中，如由于反向電流和反向電壓過大，使得PN結(jié)功耗變大，超過PN結(jié)的允許功耗，溫度上升直到過熱使PN結(jié)擊穿的現(xiàn)象叫熱擊穿。

熱擊穿后二極管將發(fā)生永久性損壞。

三、 二極管的參數(shù)

說明，二極管的參數(shù)的介紹網(wǎng)上大部分文章都是粘貼復(fù)制，直接搬運(yùn)，而且博主參考了常用的二極管的產(chǎn)品手冊(cè)，有些還是對(duì)不上的= =！所以這里我根據(jù)自己使用的二極管手冊(cè)來說明，當(dāng)然，只說明一般應(yīng)用需要關(guān)注的參數(shù)。

二極管的參數(shù)在每一個(gè)二極管的手冊(cè)上面都有說明，這里我使用常用的 1N4148WS 做個(gè)說明：

正向連續(xù)電流和平均整流電流？

在平時(shí)的使用中，我一般只看 平均整流電流 這個(gè)參數(shù)，我是不會(huì)讓自己的負(fù)載設(shè)計(jì)超過二極管的平均整流電流的。

但是現(xiàn)在來說明參數(shù)的時(shí)候，我確實(shí)對(duì)這里有點(diǎn)疑問，翻譯過來這個(gè)正向連續(xù)電流到底是怎么一回事？后來仔細(xì)想了想，這個(gè)正向連續(xù)電流其實(shí)就是其他文中說參數(shù)的 最大整流電流 IF（有錯(cuò)誤請(qǐng)指出）。他居然是平均整流電流的1倍。但是實(shí)際上使用起來，如果設(shè)計(jì)上不考慮冗余的話，電路也是容易出問題的。

我這里的建議是，在設(shè)計(jì)的時(shí)候以平均整流電流為參考。

解決了這個(gè)疑問，我們來簡(jiǎn)單說明一下二極管的主要參數(shù)：

1、Io(平均整流電流 PEAK Average Rectified Output Current)

這個(gè)參數(shù)其他文章都沒有特別說明，但是我覺得我實(shí)際應(yīng)用中，更多的是參考這個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。就是電流部分，設(shè)計(jì)起來都會(huì)直接參考 平均整流電流 設(shè)計(jì)，所以下面的所說的最大整流電流，肯定不會(huì)達(dá)到。

上圖中的二極管為 150mA。

2、IF(最大整流電流 Forward Continuous Current)

就是面二極管參數(shù)圖片中的 正向連續(xù)電流。二極管長期連續(xù)工作時(shí)允許通過的最大正向電流值。我建議使用 Io 做參考，所以這里了解一下，關(guān)注電流的原因就是電流越大管子越熱。

注意！有些二極管上并沒有 IF 這個(gè)參數(shù)，只有 Io，此時(shí) Io 就可以認(rèn)為是最大整流電流。

上圖中的二極管為 300mA。

反向不重復(fù)峰值電壓和反向重復(fù)峰值電壓？

在上圖中，有一個(gè) Non-Repetitive Peak Reverse Voltage 反向不重復(fù)峰值電壓，我的備注為 最高反向工作電壓，還有一個(gè) Peak Repetitive Peak Reverse Voltage 反向重復(fù)峰值電壓，這兩個(gè)電壓怎么理解呢？

這里簡(jiǎn)單說明一下：

Peak Repetitive Peak Reverse Voltage 反向重復(fù)峰值電壓 ?包括所有重復(fù)瞬態(tài)電壓，不包括不重復(fù)瞬態(tài)電壓。通常是與電路相關(guān)，比如交流信號(hào)是正弦曲線，每個(gè)周期都會(huì)有一個(gè)最高點(diǎn)，這個(gè)最高點(diǎn)就可以說是，重復(fù)峰值電壓。

Non-Repetitive Peak Reverse Voltage 反向不重復(fù)峰值電壓 不重復(fù)峰值電壓，通常由外部因素引起，半導(dǎo)體整流二極管兩端出現(xiàn)的任何不重復(fù)最大瞬時(shí)值的瞬態(tài)方向電壓?？梢哉J(rèn)為就是二極管最高反向工作電壓。

首先從應(yīng)用上來看，在上圖中他們都相等，即便我們不知道細(xì)節(jié)也可以正常的使用這個(gè)二極管。就算他們不相等，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候選取最小的就可以。

3、VRM (最高反向工作電壓 Repetitive peak reverse voltage)

二極管兩端允許施加的最大反向電壓。若大于此值，則反向電流(IR)劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，從而引起反向擊穿。通常取反向擊穿電?VBR)的一半作為(VRM)。

上圖中的二極管為 100V。

4、IR(反向電流 Reverse current)

反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。不同的反向電壓下的反向電流肯定是不一樣的。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶谩７聪螂娏髋c溫度密切相關(guān)，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。

上圖中的二極管 反向電壓為 75V 時(shí)，反向電流為 1uA， 反向電壓為 20V 時(shí)，反向電流為 25nA。

5、CT(結(jié)電容 Diode junction capacitance)

上文中的標(biāo)題是 Capacitance between terminals ，這個(gè)結(jié)電容的大小直接表示了 二極管的 頻率特性。由于結(jié)電容的存在，當(dāng)頻率高到某一程度時(shí)，容抗小到使 PN 結(jié)短路。導(dǎo)致二極管失去單向?qū)щ娦裕荒芄ぷ?，PN 結(jié)面積越大，結(jié)電容也越大，越不能在高頻情況下工作。

現(xiàn)在的二極管手冊(cè)都會(huì)告訴你，在什么情況下二極管的結(jié)電容是多少，而不會(huì)直接給出工作頻率這個(gè)參數(shù)

上圖中的二極管 在 VR=0V,f=1MHz 的條件下，結(jié)電容的大小為 2pF。

6、IFSM(正向浪涌電流 ?Forward Surge Current)

浪涌電流，是允許流過的瞬間電流，超過這個(gè)值會(huì)損壞二極管。

上圖中的二極管的浪涌電流最大允許 2A電流不超過1us 或 1A電流不超過 1s。

7、trr(反向恢復(fù)時(shí)間 ?Reverse recovery time)

從正向電壓變成反向電壓時(shí)，電流一般不能瞬時(shí)截止，要延遲一點(diǎn)時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是反向恢復(fù)時(shí)間。這個(gè)參數(shù)決定了二極管的開關(guān)速度。

上圖中的二極管 在 IF=IR=10mA Irr=0.1XIR,RL=100? 的條件下，反向恢復(fù)時(shí)間為 4ns。

網(wǎng)上找了個(gè)圖做為參考：

二極管參數(shù)不止上面列舉的這些，但是實(shí)際一般使用，知道這些參數(shù)就已經(jīng)能夠安全的進(jìn)行電路設(shè)計(jì)了。

四、二極管的判別

在我們實(shí)際使用中，二極管的種類封裝都很多，我們需要學(xué)會(huì)從樣子判斷一個(gè)二極管的正負(fù)極，以及使用萬用表進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)量。

4.1 外觀

1、一般來說，普通二極管有橫桿或者色端標(biāo)識(shí)的極是負(fù)極。

在這里插入圖片描述

2、發(fā)光二極管判斷的話，長腳是正極，短腳是負(fù)極。內(nèi)部大的是負(fù)極，小的是正極。

4.2 原理圖和PCB絲印

二極管有多種不同的分類（下面我們會(huì)說明），他的原理圖圖標(biāo)也有些不同，大體上可以使用下列圖標(biāo)表示：

上面的原理圖表示的二極管不是絕對(duì)的，只是做個(gè)示例。

原理圖是很直觀的就能看出二極管的正負(fù)極，那么在PCB板上通過絲印，如何判別二極管正負(fù)極呢？

有缺口的一端為負(fù)極；

有橫杠或者雙杠的一端為負(fù)極；

三角形箭頭方向的一端為負(fù)極；

在這里插入圖片描述

4.3 萬用表測(cè)量

在現(xiàn)在的萬用表中，都有二極管檔位，所以測(cè)量的方式很簡(jiǎn)單：

萬用表調(diào)整至二極管檔位，紅表筆接二極管 + 極，黑表筆接二極管 - 極，可以看到有一個(gè)電壓值，就個(gè)電壓值就是二極管的導(dǎo)通壓降（0.2~0.8V 不同二極管電壓值不同），反過來接，沒有電壓值顯示（無窮大）。

在不知道二極管方向的情況下，也可以根據(jù)此辦法測(cè)量出二極管的方向。

如果是發(fā)光二極管，紅表筆連接至發(fā)光二極管 + 極，黑表筆連接至 - 極，可以點(diǎn)亮發(fā)光二極管。

通過萬用表，也可以判斷二極管的好壞！

總的來說，外觀上看二極管的負(fù)極會(huì)有標(biāo)識(shí)（一般是橫桿），現(xiàn)在的萬用表可以很方便的測(cè)量出正負(fù)極，和二極管的好壞。

五、二極管的封裝

單個(gè)二極管就2個(gè)引腳，封裝有什么好說的呢？

如果是2個(gè)腳的封裝的二極管，確實(shí)沒有必要特別說明，知道它的陰極陽極即可正常使用。

這里需要特殊說明的是3個(gè)或者多個(gè)引腳封裝的二極管（比如整流橋）：

在這里插入圖片描述

在上面的封裝中，都是由多個(gè)二極管的組成進(jìn)行封裝的，為什么會(huì)有這些類型的組合封裝的二極管呢？這就是我們要說明的問題。

如果選擇多個(gè)獨(dú)立的二極管，即便型號(hào)一樣，生產(chǎn)廠家一樣，生產(chǎn)批次一樣，兩個(gè)二極管之間的性能特性，也會(huì)有一定的差異；

使用上面組合形式封裝的二極管，相對(duì)來說！是相對(duì)來說，多個(gè)二極管之間的差異會(huì)比單獨(dú)的二極管小得多，在一些特除場(chǎng)合更能保證性能的一致性！

再者，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路的時(shí)候，因?yàn)椴季肿呔€問題，使用獨(dú)立的二極管也會(huì)導(dǎo)致并聯(lián)的二極管存在性能差異，如果使用上面組合形式封裝的二極管，可以避免這種不一致問題的存在，減少電路問題。

在電路設(shè)計(jì)時(shí)候，使用組合形式封裝的二極管比使用獨(dú)立元器件更加穩(wěn)定可靠，在某些特殊場(chǎng)合盡量使用組合封裝的二極管（ESD防護(hù)，橋堆）。

六、二極管分類及應(yīng)用

別看二極管是基礎(chǔ)元器件，但是他的種類很多，根據(jù)資料博主總結(jié)了一下：

對(duì)于我們一般二極管選型使用來說，都是以用途來選擇，所以我們主要是從用途上來說明一下這些不同二極管的使用場(chǎng)景。當(dāng)然，根據(jù)博主自己的工作領(lǐng)域，對(duì)于有些二極管說明會(huì)詳細(xì)寫，有一些會(huì)簡(jiǎn)單些，帶標(biāo)題的都是常用的，其他的用得少不常用簡(jiǎn)單描述一下= =！。

6.1 肖特基二極管

在單片機(jī)領(lǐng)域，肖特基二極管現(xiàn)在用得也越來越多的，在防反接保護(hù)電路場(chǎng)合基本都是使用的肖特基二極管，比如：SS34，SS12，B5819W 等。

對(duì)于肖特基二極管，需要特別說明，它不是利用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。

所以也 肖特基二極管也稱為金屬－半導(dǎo)體（接觸）二極管或表面勢(shì)壘二極管，它是一種熱載流子二極管。

特點(diǎn)：開關(guān)頻率高，為反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒)，正向壓降低，正向?qū)▔航祪H0.4V左右。

缺點(diǎn)：耐壓比較低，漏電流稍大些。

用途：多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管，也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使用。在通信電源、變頻器等中比較常見。

肖特基二極管不是 PN 結(jié)而是 金屬-半導(dǎo)體 結(jié)，最主要特點(diǎn)導(dǎo)通壓降小。

6.2 TVS瞬態(tài)抑制二極管

TVS（Transient Voltage Suppressors），即瞬態(tài)電壓抑制器，又稱雪崩擊穿二極管。TVS 有單向與雙向之分，單向TVS一般適用于直流電路，雙向TVS一般適用于交流電路中，其實(shí)雙向也可以用于直流電路之中。

TVS管的工作原理：

TVS管在電路中一般工作于反向截止?fàn)顟B(tài)，不影響電路的任何功能，當(dāng)兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí)，它能以極高的速度（最高達(dá)1/(10^12)秒）使其阻抗驟然降低，同時(shí)吸收一個(gè)大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能量的沖擊而損壞。干擾脈沖過去后，TVS又轉(zhuǎn)入反向截止?fàn)顟B(tài)。由于在反向?qū)〞r(shí)，其箝位電壓低于電路中其它器件的最高耐壓，因此起到了對(duì)其它元器件的保護(hù)作用。

在單片機(jī)系統(tǒng)中常見的TVS二極管有：SMBJ3.3A，SMBJ5.0A，實(shí)際使用如下圖：

TVS 二極管的選型

此部分引用至：TVS工作原理是什么？高手是怎么選型的？超注重這些！

選擇TVS之前，我們首先要明白選擇的終極目標(biāo)：：1.電壓合適能保護(hù)后級(jí)電路；2.引入的TVS的結(jié)電容不能影響電路；3.TVS功率余量充足，滿足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，且不能比保險(xiǎn)管先掛。選型的過程可以按照以下的步驟進(jìn)行：(1) 選擇TVS最高工作電壓Vrmw；(2) 選擇TVS鉗位電壓VC；(3) 選擇TVS的功率；(4) 評(píng)估漏電流IR的影響；(5) 評(píng)估結(jié)電容的影響；

選擇TVS最高工作電壓Vrmw；在電路正常工作情況下，TVS 應(yīng)該是不工作的，即處于截止?fàn)顟B(tài)，所以 TVS 的截止電壓應(yīng)大于被保護(hù)電路的最高工作電壓。這樣才能保證 TVS 在電路正常工作下不會(huì)影響電路工作。但是 TVS 的工作電壓高低也決定了 TVS 鉗位電壓的高低，在截止電壓大于線路正常工作電壓的情況下，TVS 工作電壓也不能選取的過高，如果太高，鉗位電壓也會(huì)較高，所以在選擇 Vrwm 時(shí)，要綜合考慮被保護(hù)電路的工作電壓及后級(jí)電路的承受能力。要求Vrwm要大于工作電壓，否則工作電壓大于Vrwm會(huì)導(dǎo)致TVS反向漏電流增大，接近導(dǎo)通，或者雪崩擊穿，影響正常電路工作。綜合考慮，Vrwm可以參考以下的公式：Vrwm≈1.1~1.2*VCC ；--------其中VCC為電路的最高工作電壓。

選擇選擇TVS鉗位電壓VC；TVS 鉗位電壓應(yīng)小于后級(jí)被保護(hù)電路最大可承受的瞬態(tài)安全電壓，VC 與 TVS 的雪崩擊穿電壓及 IPP 都成正比。對(duì)于同一功率等級(jí)的 TVS，其擊穿電壓越高 VC 也越高，所選TVS的最大箝位電壓Vc不能大于被防護(hù)電路可以承受的最大電壓。否則，當(dāng)TVS鉗在Vc時(shí)會(huì)對(duì)電路造成損壞。Vc可以參考以下的公式：VC＜Vmax ；-----其中Vmax為電路能承受的最高電壓.

選擇TVS的功率Pppm（或者Ipp）；TVS 產(chǎn)品的額定瞬態(tài)功率應(yīng)大于電路中可能出現(xiàn)的最大瞬態(tài)浪涌功率，理論上，TVS的功率越大越好，能夠承受更多的沖擊能量和次數(shù)，但是功率越高，TVS的封裝越大，價(jià)錢也越高，所以，TVS的功率滿足要求即可。對(duì)于不同功率等級(jí)的 TVS，相同電壓規(guī)格的 TVS 其 VC 值是一樣的，只是 IPP 不同。故 Pppm 與 Ippm成正比，Ippm 越大，Pppm 也越大。對(duì)于某一電路 ，有對(duì)應(yīng)的測(cè)試要求，設(shè)實(shí)際電路中的最大測(cè)試電流為 Iactual ，則 Iactual 可估算為：Iactual=Uactual/Ri；---------其中 Uactual 為測(cè)試電壓，Ri為測(cè)試內(nèi)阻。TVS 要通過測(cè)試，故實(shí)際電路中要求 10/1000μs 波形下 TVS 的最小功率 Pactual 為：-------其中di/dt為波形轉(zhuǎn)換系數(shù)，如實(shí)際測(cè)試波形為其他波形，如 8/20μs波形，建議di/dt取，如測(cè)試波形為 10/1000μs，實(shí)際選型中，TVS 應(yīng)留有一定的裕量，TVS 的功率Pppm 選擇應(yīng)遵循Pppm＞Pactual。

根據(jù)所選的TVS的結(jié)電容和漏電流評(píng)估影響如果TVS 用在高速IO端口防護(hù)、模擬信號(hào)采樣、低功耗設(shè)備場(chǎng)合，就需要考慮結(jié)電容和漏電流的影響，兩則的參數(shù)越小越好。

TVS二極管，瞬態(tài)電壓抑制器，雪崩擊穿二極管，利用二極管雪崩擊穿保護(hù)后端元器件的二極管。

6.3 ESD靜電保護(hù)二極管

ESD二極管其實(shí)和 TVS 二極管原理是一樣的，也是為了保護(hù)電，主要功能是防止靜電。

靜電防護(hù)的前提條件就要求其電容值要足夠地低，一般在1PF-3.5PF之間最好，主要應(yīng)用于板級(jí)保護(hù)。

簡(jiǎn)單說明一下，什么是靜電：

靜電在我們的日常生活中可以說是無處不在，不同物質(zhì)的接觸、分離或相互摩擦，即可產(chǎn)生靜電。例如在生產(chǎn)過程中的擠壓、切割、搬運(yùn)、攪拌和過濾以及生活中的行走、起立、脫衣服等，都會(huì)產(chǎn)生靜電。

我們的身上和周圍就帶有很高的靜電電壓，幾千伏甚至幾萬伏。這些靜電也許對(duì)人體影響不大，但對(duì)于一些ESDS（靜電敏感元件），卻直接可以使其失去本身應(yīng)有的正常性能，甚至完全喪失正常功能。這樣ESD防護(hù)就非常必要了。

在我們實(shí)際項(xiàng)目中，USB接口一般都會(huì)接一個(gè)ESD二極管：

ESD二極管，原理和TVS二極管一樣，主要用于靜電的防護(hù)！

TVS二極管 與 ESD二極管

TVS二極管 與 ESD二極管相同點(diǎn)：

TVS二極管 與 ESD二極管防護(hù)原理是一樣的，都是防止瞬間的高壓。

他們 正常情況 都是工作在截止區(qū)。

有一些 ESD二極管 是由多個(gè)TVS二極管 采用不同的布局設(shè)計(jì)成具有特定功能的單路或多路ESD保護(hù)器。

TVS二極管 與 ESD二極管不同點(diǎn)：

封裝不一樣：

TVS 二極管的一般都是單個(gè)二極管，2個(gè)引腳的封裝形式，相對(duì)體積大，只能對(duì)單一電路進(jìn)行防護(hù)。ESD 二極管不僅有單個(gè)二極管形式的，還有很多組合布局構(gòu)造成的多引腳封裝，可同時(shí)接多路電路。比如上面 ESD介紹應(yīng)用的時(shí)候，我圖中使用的封裝就分別是 3個(gè)引腳和 4個(gè)引腳的。

功率不一樣：ESD二極管的功率普遍都比較低，一般功率都在50W、90W、100W、200W、350W、400W、450W、500W等。ESD選型的時(shí)候主要看的是他的抗靜電等級(jí)。

TVS二極管的功率相對(duì)更高：200W、400W、500W、600W、1000W、1500W、3000W、3600W、4600W、5000W、6000W、6600W、15000W、30000W，甚至還有超高功率的TVS二極管。

TVS選型的時(shí)候主要看的是他的功率。

應(yīng)用區(qū)域不一樣：

ESD二極管功能是 防靜電，主要應(yīng)用于板級(jí)保護(hù)。TVS二極管功能是 防浪涌過電壓，主要應(yīng)用于電源電路初級(jí)和次級(jí)保護(hù)。

結(jié)電容不一樣：

ESD 二極管的結(jié)電容比較低，一般可小刀 幾 pf，甚至 0.幾 pf，靜電防護(hù)的前提條件就要求其電容值要足夠地低。TVS 二極管的結(jié)電容一般在 幾十pf ?到幾十 nf 之間 。

6.4 穩(wěn)壓二極管(齊納二極管)

穩(wěn)壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管。利用PN結(jié)反向擊穿狀態(tài)，其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變的現(xiàn)象，制成的起穩(wěn)壓作用的二極管。

穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線的正向特性和普通二極管差不多，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。盡管電流在很大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端的電壓卻基本上穩(wěn)定在擊穿電壓附近，從而實(shí)現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。

穩(wěn)壓值 = 反向擊穿電壓

說明，穩(wěn)壓二極管使用一般都需要串聯(lián)一個(gè)電阻做限流電阻用，因?yàn)橐话銇碚f穩(wěn)壓二極管的功率比較小。

二極管擊穿且電流過大才會(huì)燒壞，保證電流在一定值，二極管是不會(huì)燒壞的。

穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來獲得更高的穩(wěn)定電壓。

在平時(shí)應(yīng)用中，用過12V的穩(wěn)壓二極管：

穩(wěn)壓二極管 又叫齊納二極管，工作在反向擊穿區(qū)域的二極管，穩(wěn)壓值等于反向擊穿電壓，應(yīng)用中需要串聯(lián)一個(gè)限流電阻。

TVS二極管 與 齊納二極管

TVS二極管 與 齊納二極管相同點(diǎn)：

都是利用二極管的擊穿原理去工作的。

作為二極管他們的基本特性相同，他們電路符號(hào)基本相同：

TVS二極管 與 齊納二極管不同點(diǎn)：

工作區(qū)間不一樣：

齊納二極管 正常工作在 反向擊穿區(qū)域， TVS二極管 正常工作 在截止區(qū)。

保護(hù)機(jī)制不一樣：

TVS 保護(hù)瞬間的 非常高的異常電壓，用于保護(hù)電路。穩(wěn)壓管 保護(hù)電路中出現(xiàn)的 小波動(dòng)電壓，使得電壓平穩(wěn)，用于穩(wěn)壓電路。

擊穿電流不一樣：

TVS二極管的擊穿電流低，齊納二極管相對(duì)大一點(diǎn)

響應(yīng)速度不一樣：

TVS的響應(yīng)速度更快，能達(dá)到 皮秒的級(jí)別

功率不一樣：

TVS的功率較高，齊納二極管功率相對(duì)較低

6.5 整流二極管

整流二極管(rectifier diode)一種利用二極管單向?qū)щ姷奶匦?，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷亩O管，整流二極管一般為平面型硅二極管。整流二極管正反向電阻相差很大，且反向電阻接近于無窮大。

基本上可認(rèn)為的單向二極管都具備整流功能，因?yàn)檫@是二極管的特性，只是有些二極管針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝會(huì)有不同，所以整流效果有好有壞，當(dāng)然我們需要用來整流肯定選擇專門的整流二極管。

在我做過的應(yīng)用中，最常見的就是在阻容降壓中使用的 整流橋堆：

整流二極管選型

選用整流二極管時(shí)，主要應(yīng)考慮：最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)。

普通串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路中使用的整流二極管，對(duì)截止頻率的反向恢復(fù)時(shí)間要求不高，只要根據(jù)電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管即可。

開關(guān)穩(wěn)壓電源的整流電路及脈沖整流電路中使用的整流二極管，應(yīng)選用工作頻率較高、反向恢復(fù)時(shí)間較短的整流二極管或選擇快恢復(fù)二極管。還有一種肖特基整流二極管。

整流二極管，將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，典型?yīng)用 - 整流橋堆。

6.6 發(fā)光二極管

發(fā)光二極管：LED，是一種常用的發(fā)光器件，通過電子與空穴復(fù)合釋放能量發(fā)光。

在平時(shí)單片機(jī)上用的LED就是發(fā)光二極管，最簡(jiǎn)單的應(yīng)用如下：

引用百度百科：發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為LED。由含鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍(lán)光。因化學(xué)性質(zhì)又分有機(jī)發(fā)光二極管OLED和無機(jī)發(fā)光二極管LED。

發(fā)光二極管需要注意，即便是同一廠家同一型號(hào)不同批次之間，顏色和亮度都可能會(huì)有明顯的差異。

在使用過程中，發(fā)光二極管發(fā)光的強(qiáng)弱 和 流過他的電流成正比，所以如果覺得光弱，可以降低和他串聯(lián)的電阻，但是要注意他能夠承受的最大電流，防止損壞。

發(fā)光二極管比較簡(jiǎn)單，發(fā)光強(qiáng)度與電流成正比。

6.7 光敏二極管

光敏二極管，又叫光電二極管（英語：photodiode ）是一種能夠?qū)⒐飧鶕?jù)使用方式，轉(zhuǎn)換成電流或者電壓信號(hào)的光探測(cè)器。

平時(shí)使用的光照傳感器就是光敏二極管，以前用過一種光敏二極管 VTB8440B （比較老了，性價(jià)比太低放在現(xiàn)在）實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度采集，電路如下：

光敏二極管可以利用光照強(qiáng)弱來改變電路中的電流，一般來說光線越強(qiáng)，電流越大。

就拿現(xiàn)在的手機(jī)來說，手機(jī)放置耳朵邊接聽電話屏幕會(huì)自動(dòng)熄滅，離開面部屏幕會(huì)變量，就是通過手機(jī)上不的光敏二極管檢測(cè)光照強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)控制的。

光敏二極管，可以利用光照強(qiáng)弱來改變電路中的電流，作為光照傳感器廣泛使用。

6.8 其他類型說明

這里的其他類型說明，自己沒有深入的了解和使用，當(dāng)然并不是因?yàn)椴恢匾?，?shí)在要說，就是博主自己的工作領(lǐng)域上接觸得少，后期如果遇見好的文章介紹或者自己使用上了，會(huì)及時(shí)更新此部分說明！

開關(guān)二極管：

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。

普通的二極管就就具備開關(guān)的基本特性，但是針對(duì)于開關(guān)二極管，最重要的特點(diǎn)是高頻條件下的表現(xiàn)。

高頻條件下，二極管的勢(shì)壘電容表現(xiàn)出來極低的阻抗，并且與二極管并聯(lián)。當(dāng)這個(gè)勢(shì)壘電容本身容值達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重影響二極管的開關(guān)性能。極端條件下會(huì)把二極管短路，高頻電流不再通過二極管，而是直接繞路勢(shì)壘電容通過，二極管就失效了。而開關(guān)二極管的勢(shì)壘電容一般極小，這就相當(dāng)于堵住了勢(shì)壘電容這條路，達(dá)到了在高頻條件下還可以保持好的單向?qū)щ娦缘男Ч?/p>

檢波二極管：

檢波二極管是用于把疊加在高頻載波上的低頻信號(hào)檢出來的器件，它具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。檢波（也稱解調(diào)）二極管 的作用是利用其單向?qū)щ娦詫⒏哳l或中頻無線電信號(hào)中的低頻信號(hào)或音頻信號(hào)取出來，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體收音機(jī)、收錄機(jī)、電視機(jī)及通信等設(shè)備的小信號(hào)電路中，其工作頻率較高，處理信號(hào)幅度較弱。

快速恢復(fù)二極管：

快速恢復(fù)二極管與普通二極管相似，但制造工藝與普通一極管有所不同。在靠近PN結(jié)處的摻雜濃度很低，以此獲得較高的開關(guān)速度和較低的正向壓降。它的反向恢復(fù)時(shí)間為200～750 ns，高速的可達(dá)10 ns。與肖特基二極管相比，其耐壓值要高得多。它主要用作高速整流元件，在開關(guān)電源和逆變電源中作整流一極管，以降低關(guān)斷損耗，提高效率和減小噪聲。

變?nèi)荻O管：

變?nèi)荻O管(Varactor Diodes)又稱"可變電抗二極管"，是利用PN結(jié)反偏時(shí)結(jié)電容大小隨外加電壓而變化的特性制成的。變?nèi)荻O管(Varactor Diodes)為特殊二極管的一種。當(dāng)外加順向偏壓時(shí)，有大量電流產(chǎn)生，PN（正負(fù)極）結(jié)的耗盡區(qū)變窄，電容變大，產(chǎn)生擴(kuò)散電容效應(yīng)；當(dāng)外加反向偏壓時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生過渡電容效應(yīng)。但因加順向偏壓時(shí)會(huì)有漏電流的產(chǎn)生，所以在應(yīng)用上均供給反向偏壓。變?nèi)荻O管也稱為壓控變?nèi)萜?，是根?jù)所提供的電壓變化而改變結(jié)電容的半導(dǎo)體。也就是說，作為可變電容器，可以被應(yīng)用于FM調(diào)諧器及TV調(diào)諧器等諧振電路和FM調(diào)制電路中。

它主要在高頻電路中用作自動(dòng)調(diào)諧、調(diào)頻、調(diào)相等、例如在電視接收機(jī)的調(diào)諧回路中作可變電容。

PIN型二極管：

pin二極管，通信術(shù)語，是一種在光通信中普遍使用的光電二極管。PIN二極管作為一種特種微波半導(dǎo)體元件，廣泛應(yīng)用于微波和射頻電路的設(shè)計(jì)中，具有許多優(yōu)良的特點(diǎn)，例如：開關(guān)速度快、可控功率大、損耗低、反向擊穿電壓高等。另外，PIN二極管無論被正向或者反向偏置均可得到類似于短路與開路。因而，PIN二極管已經(jīng)成為各種電子設(shè)備中的重要組成部分。

其結(jié)構(gòu)不同于普通二極管的地方主要是在重?fù)诫s的P區(qū)和N區(qū)中間夾一層本征層(即I層)。在其兩端施加不同的直流電，PIN管本征層(I層)的載流子數(shù)目會(huì)發(fā)生變化。在反向偏置時(shí)，I區(qū)將導(dǎo)致極高的二極管擊穿電壓，而器件電容是通過增大P區(qū)和N區(qū)的距離來減小的，在正向偏置時(shí)，I區(qū)的電導(dǎo)率是由末端區(qū)植入電荷來控制的。這種二極管是一種低失真的偏流控制電阻器，且具有良好的線性性能。

PIN二極管的直流福安特性和PN結(jié)二極管是一樣的，但是在微波段卻有本質(zhì)的差別。

結(jié)語

本來以為二極管簡(jiǎn)單，文章不會(huì)那么多內(nèi)容，但最后看下來，二極管種類實(shí)在是有點(diǎn)多，而且各種場(chǎng)合都有二極管的身影，所以真正的想把二極管完完全全的掌握也不是一朝一夕的事情。有很多種類二極管博主也沒有用過，但是會(huì)隨著博主自己今后的使用，有了新的認(rèn)知理解會(huì)慢慢完善補(bǔ)充。

文章肝了好多天，想著如何把結(jié)構(gòu)寫好，如何把關(guān)鍵問題說清楚，如何讓需要的人能及時(shí)找到自己需要的點(diǎn)，讓新人朋友能夠快速的理解相關(guān)知識(shí)，磨磨唧唧總算也是寫完初稿了，博主也在學(xué)習(xí)，也在進(jìn)步，所以文章也會(huì)保持更新！

不浮夸，不將就，認(rèn)真對(duì)待學(xué)知識(shí)的我們，精誠所至，金石為開！

編輯：黃飛

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