有關(guān)二極管的基礎(chǔ)知識(shí)

電子元件家族當(dāng)中，有一種只允許電流由單一方向流過(guò)，具有兩個(gè)電極的元件，稱為二極管，英文是“Diode”，是現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的基石。

早期的二極管

早期的二極管包含“貓須晶體”(Cat's Whisker Crystals)和真空管(ThermionicValves)。

1904年，英國(guó)物理學(xué)家弗萊明根據(jù)“愛(ài)迪生效應(yīng)”發(fā)明了世界上第一只電子二極管——真空電子二極管。它是依靠陰極熱發(fā)射電子到陽(yáng)極實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。

電源正負(fù)極接反則不能導(dǎo)電，它是一種能夠單向傳導(dǎo)電流的電子器件。早期電子二極管存在體積大、需預(yù)熱、功耗大、易破碎等問(wèn)題，促使了晶體二極管的發(fā)明。

晶體二極管

又稱半導(dǎo)體二極管。1947年，美國(guó)人發(fā)明。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個(gè)PN結(jié)和兩個(gè)引出端。

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?，F(xiàn)今最普遍的二極管大多是使用半導(dǎo)體材料如硅、鍺。

由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體相接觸時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)特的PN結(jié)界面，在界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場(chǎng)。

當(dāng)外加電壓等于零時(shí)，由于PN結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的PN結(jié)。

以PN結(jié)為核心結(jié)構(gòu)，加上引線或引腳形成單向?qū)щ姷亩O管。

當(dāng)外加電壓方向由P極指向N極時(shí)，導(dǎo)通。

晶體二極管的伏安特性曲線如下：

外加電壓Uw方向?yàn)镻→N時(shí)，Uw大于起動(dòng)電壓，二極管導(dǎo)通。

外加電壓Uw方向?yàn)镹→P時(shí)，Uw大于反向擊穿電壓，二極管擊穿。

晶體二極管性能參數(shù)

最大整流電流Idm：二極管連續(xù)工作允許通過(guò)的最大正向電流；電流過(guò)大，二極管會(huì)因過(guò)熱燒毀；大電流整流可加裝散熱片。

最大反向電壓Urm：Urm一般小于反向擊穿電壓，選規(guī)格以Urm為準(zhǔn)，并留有余量；過(guò)電壓易損壞二極管。

反向飽和電流Is：二極管外加反向電壓時(shí)的電流值；Is反向擊穿前很小，變化也很小；Is會(huì)隨溫度的升高而升高，一般地，常溫下硅管Is<1μA，鍺管Is=30~300μA。

最高工作頻率Fm：指二極管能保持良好工作特性的最高工作頻率。

不同用途的二極管差異

整流二極管

大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流(Rectifying)”功能，

將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔堋?/p>

面接觸結(jié)構(gòu)，多采用硅材料，能承受較大的正向電流和較高的反向電壓。性能較穩(wěn)定，但因結(jié)電容較大，不宜工作在高頻電路中，所以不能作為檢波管使用。有金屬和塑料封裝。

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(lái)的器件，它具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。

鍺材料點(diǎn)接觸型、工作頻率可達(dá)400MHz，正向壓降小，結(jié)電容小，檢波效率高，頻率特性好，為2AP型。

類似點(diǎn)觸型那樣檢波用的二極管，除用于檢波外，還能夠用于限幅、削波、調(diào)制、混頻、開關(guān)等電路。也有為調(diào)頻檢波專用的特性一致性好的兩只二極管組合件。

多采用玻璃封裝或陶瓷外殼封裝，以獲得良好的高頻特性。

開關(guān)二極管

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。

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>

開關(guān)二極管從截止(高阻狀態(tài))到導(dǎo)通(低阻狀態(tài))的時(shí)間叫開通時(shí)間；從導(dǎo)通到截止的時(shí)間叫反向恢復(fù)時(shí)間；兩個(gè)時(shí)間之和稱為開關(guān)時(shí)間。一般反向恢復(fù)時(shí)間大于開通時(shí)間，故在開關(guān)二極管的使用參數(shù)上只給出反向恢復(fù)時(shí)間。開關(guān)二極管的開關(guān)速度是相當(dāng)快的，像硅開關(guān)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間只有幾納秒，即使是鍺開關(guān)二極管，也不過(guò)幾百納秒。

開關(guān)二極管具有開關(guān)速度快、體積小、壽命長(zhǎng)、可靠性高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的開關(guān)電路、檢波電路、高頻和脈沖整流電路及自動(dòng)控制電路中。

穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管，是指利用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。

變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管(Varactor Diodes)又稱"可變電抗二極管"。材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術(shù)。

它一種利用PN結(jié)電容(勢(shì)壘電容)與其反向偏置電壓Vr的依賴關(guān)系及原理制成的二極管，其結(jié)構(gòu)圖如下。

變?nèi)荻O管的作用是利用PN結(jié)之間電容可變的原理制成的半導(dǎo)體器件，在高頻調(diào)諧、通信等電路中作可變電容器使用。

變?nèi)荻O管屬于反偏壓二極管，改變其PN結(jié)上的反向偏壓，即可改變PN結(jié)電容量。反向偏壓越高，結(jié)電容則越少，反向偏壓與結(jié)電容之間的關(guān)系是非線性的。

變?nèi)荻O管的電容值與反向偏壓值的關(guān)系圖解：

反向偏壓增加，造成電容減少；

反向偏壓減少，造成電容增加；

反偏電壓愈大，則結(jié)電容愈小。

發(fā)光二極管

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(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管。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(wú)機(jī)發(fā)光二極管LED。

阻尼二極管

阻尼二極管類似于高頻、高壓整流二極管，其特點(diǎn)是具有較低有電壓降和較高的工作頻率，且能承受較高的反向擊穿電壓和較大的峰值電流。