二极管

二极管作为*基础的晶体管，在电子电路应用中无所不在，博主在电路小课堂专栏里面的电路总结，不管是电平转换电路，电源自动切换电路，防反接电路，都有二极管的影子。

虽然二极管很基础，相对其他晶体管来说它是简单的，但是他的种类繁多，不同的类型应用场景也不相同，那么在我们平时电路设计上如何选择合适的二极管，以及了解不同种类的二极管的应用场景就很重要了。

那么既然要说，那么博主肯定是老样子，不将就！给它整到位了，从原理到应用一网打尽。

说明，本文的核心在于了解二极管的分类和应用，说明不同二极管的不同应用场合，一些基础的说明会使用引用，但是博主还是会对每个部分做总结说明。

开局一张图 ：

二极管的伏安特性曲线图 <3 是理解二极管应用的核心

一、二极管基础知识

首先我们来认识一下二极管，当然这部分都是基础介绍，知道与不知道并不影响二极管的应用。

基础知识说明大部分为引用总结，博主会在每小章节的*后用总结的语言概括一下。

1.1 什么是二极管

基本的名词解释还是得用官方的话语：

其中了解一下 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。常见的半导体有硅（Si）和锗（Ge）。二极管由半导体的材料制成，有硅二极管和锗二极管之分。

二极管是一种由半导体材料制成的一种具有单向导电性能的电子元器件。

1.2 二极管的组成

二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。

其中 PN 结的解释如下：

那么其中 P型半导体 和 N型半导体 的解释，在 **认识MOS管，一篇文章就够了 一文中已经简单介绍过了，这里截取文中图片：

二极管就是由一个由 P 型半导体和 N 型半导体形成的 PN 结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。

1.3 二极管的原理

二极管的工作原理要说清楚，需要从他的根本 PN 结说起，从 PN 结形成的原理分析，还需要分析 P 型半导体的形成，N 型半导体的形成等等。

如果要实实在在的说清楚，至少需要图文并茂，如果能够有视频讲解就更好了，博主这里参考了网上大量的文章和视频，推荐几个博主认为说明的比较细致的文章和视频（本文的侧重点还是在分类和应用上，这个原理已经有很多好的文章和视频）：

二极管工作原理的文章：

二极管工作原理

二极管工作原理的视频：

深入浅出讲解二极管工作原理

二极管工作原理百度百科：

二极管工作的原理简单概括为： PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流; PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。 PN结具有单向导电性。

二、二极管特性

2.1 伏安特性曲线图

我们通过二极管的伏安特性曲线图，来分析说明一下二极管的一些特性：

• 正向特性(外加正向电压，上图中X坐标的正半部分)当正向电压超过某一数值后，二极管才有明显的正向电流，该电压值称为导通电压。 在室温下，硅管的Ｖth约为0.5V，锗管的Ｖth约为0.1V。 大于导通电压的区域称为导通区。 当流过二极管的电流Ｉ比较大时，二极管两端的电压几乎维持恒定，硅管约为0.6～0.8Ｖ（通常取0.7Ｖ），锗管约为0.2～0.3V（通常取0.2Ｖ）。
• 反向特性(外加正向电压，上图中X坐标的负半部分)在反向电压小于反向击穿电压的范围内，由少数载流子形成的反向电流很小，而且与反向电压的大小基本无关。 此部分为截止区。 由二极管的正向与反向特性可直观的看出：①二极管是非线性器件；②二极管具有单向导电性。
• 反向击穿特性 当反向电压增加到某一数值ＶBR时，反向电流急剧增大，这种现象叫做二极管的反向击穿。

2.2 温度的影响

记住一句话就可以：

<3温度升高会导致正向特性左移（导通电压降低，正向压降降低），反向特性下移（反向电流增加）。

2.3 关于击穿

二极管击穿分为电击穿与热击穿，其中电击穿过程是可逆的，热击穿是任何时候都需要避免的。

1、电击穿

• 雪崩击穿：PN结掺杂浓度低，所加反向电压较高，击穿电压与浓度成反比（一般需要比较高的电压>6V）。
• 齐纳击穿：PN结掺杂浓度高，所加反向电压较低，阻挡层很薄，如稳压管(齐纳二极管)

采取适当的掺杂工艺，可将硅PN结的雪崩击穿电压可控制在8～1000V。而齐纳击穿电压低于5V。

2、热击穿

在使用二极管的过程中，如由于反向电流和反向电压过大，使得PN结功耗变大，超过PN结的允许功耗，温度上升直到过热使PN结击穿的现象叫热击穿。

热击穿后二极管将发生长久性损坏。

三、 二极管的参数

说明，二极管的参数的介绍网上大部分文章都是粘贴复制，直接搬运，而且博主参考了常用的二极管的产品手册，有些还是对不上的= =！ 所以这里我根据自己使用的二极管手册来说明，当然，只说明一般应用需要关注的参数。

二极管的参数在每一个二极管的手册上面都有说明，这里我使用常用的 1N4148WS 做个说明：

正向连续电流和平均整流电流？

在平时的使用中，我一般只看 平均整流电流 这个参数，我是不会让自己的负载设计超过二极管的平均整流电流的。

但是现在来说明参数的时候，我确实对这里有点疑问，翻译过来这个正向连续电流到底是怎么一回事？后来仔细想了想，这个正向连续电流其实就是其他文中说参数的 *大整流电流 IF（有错误请指出）。 他居然是平均整流电流的1倍。 但是实际上使用起来，如果设计上不考虑冗余的话，电路也是容易出问题的。

我这里的建议是，在设计的时候以平均整流电流为参考。

解决了这个疑问，我们来简单说明一下二极管的主要参数：

1、Io(平均整流电流 PEAK Average Rectified Output Current)

这个参数其他文章都没有特别说明，但是我觉得我实际应用中，更多的是参考这个参数进行设计的。 就是电流部分，设计起来都会直接参考 平均整流电流 设计，所以下面的所说的*大整流电流，肯定不会达到。

上图中的二极管为 150mA。

2、IF(*大整流电流 Forward Continuous Current)

就是面二极管参数图片中的 正向连续电流。二极管长期连续工作时允许通过的*大正向电流值。我建议使用 Io 做参考，所以这里了解一下，关注电流的原因就是电流越大管子越热。

注意！有些二极管上并没有 IF 这个参数，只有 Io，此时 Io 就可以认为是*大整流电流。

上图中的二极管为 300mA。

反向不重复峰值电压和反向重复峰值电压？

在上图中，有一个 Non-Repetitive Peak Reverse Voltage 反向不重复峰值电压，我的备注为 *高反向工作电压，还有一个 Peak Repetitive Peak Reverse Voltage 反向重复峰值电压，这两个电压怎么理解呢？

这里简单说明一下：

Peak Repetitive Peak Reverse Voltage 反向重复峰值电压 包括所有重复瞬态电压，不包括不重复瞬态电压。 通常是与电路相关，比如交流信号是正弦曲线，每个周期都会有一个*高点，这个*高点就可以说是，重复峰值电压。

Non-Repetitive Peak Reverse Voltage 反向不重复峰值电压 不重复峰值电压，通常由外部因素引起，半导体整流二极管两端出现的任何不重复*大瞬时值的瞬态方向电压。可以认为就是二极管*高反向工作电压。

首先从应用上来看，在上图中他们都相等，即便我们不知道细节也可以正常的使用这个二极管。 就算他们不相等，我们在设计的时候选取*小的就可以。

3、VRM (*高反向工作电压 Repetitive peak reverse voltage)

二极管两端允许施加的*大反向电压。若大于此值，则反向电流(IR)剧增，二极管的单向导电性被破坏，从而引起反向击穿。通常取反向击穿电压(VBR)的一半作为(VRM)。

上图中的二极管为 100V。

4、IR(反向电流 Reverse current)

反向电流是指二极管在规定的温度和反向电压作用下，流过二极管的反向电流。不同的反向电压下的反向电流肯定是不一样的。 反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。反向电流与温度密切相关，大约温度每升高10℃，反向电流增大一倍。 硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

上图中的二极管 反向电压为 75V 时，反向电流为 1uA， 反向电压为 20V 时，反向电流为 25nA。

5、CT(结电容 Diode junction capacitance)

上文中的标题是 Capacitance between terminals ，这个结电容的大小直接表示了 二极管的 频率特性。 由于结电容的存在，当频率高到某一程度时，容抗小到使 PN 结短路。导致二极管失去单向导电性，不能工作，PN 结面积越大，结电容也越大，越不能在高频情况下工作。

现在的二极管手册都会告诉你，在什么情况下二极管的结电容是多少，而不会直接给出工作频率这个参数

上图中的二极管 在 VR=0V,f=1MHz 的条件下，结电容的大小为 2pF。

6、IFSM(正向浪涌电流 Forward Surge Current)

浪涌电流，是允许流过的瞬间电流，超过这个值会损坏二极管。

上图中的二极管的浪涌电流*大允许 2A电流不超过1us 或 1A电流不超过 1s。

7、trr(反向恢复时间 Reverse recovery time)

从正向电压变成反向电压时，电流一般不能瞬时截止，要延迟一点时间，这个时间就是反向恢复时间。 这个参数决定了二极管的开关速度。

上图中的二极管 在 IF=IR=10mA Irr=0.1XIR,RL=100Ω 的条件下，反向恢复时间为 4ns。

网上找了个图做为参考：

二极管参数不止上面列举的这些，但是实际一般使用，知道这些参数就已经能够**的进行电路设计了。

四、二极管的判别

在我们实际使用中，二极管的种类封装都很多，我们需要学会从样子判断一个二极管的正负极，以及使用万用表进行简单的测量。

4.1 外观

1、一般来说，普通二极管有横杆或者色端标识的极是负极。

在这里插入图片描述

2、发光二极管判断的话，长脚是正极，短脚是负极。内部大的是负极，小的是正极。

4.2 原理图和PCB丝印

二极管有多种不同的分类（下面我们会说明），他的原理图图标也有些不同，大体上可以使用下列图标表示：

上面的原理图表示的二极管不是优良的，只是做个示例。

原理图是很直观的就能看出二极管的正负极，那么在PCB板上通过丝印，如何判别二极管正负极呢？

• 有缺口的一端为负极；
• 有横杠或者双杠的一端为负极；
• 三角形箭头方向的一端为负极；

在这里插入图片描述

4.3 万用表测量

在现在的万用表中，都有二极管档位，所以测量的方式很简单：

万用表调整至二极管档位，红表笔接二极管 + 极，黑表笔接二极管 - 极，可以看到有一个电压值，就个电压值就是二极管的导通压降（0.2~0.8V 不同二极管电压值不同），反过来接，没有电压值显示（无穷大）。

实际测量效果图：

在不知道二极管方向的情况下，也可以根据此办法测量出二极管的方向。

如果是发光二极管，红表笔连接至发光二极管 + 极，黑表笔连接至 - 极，可以点亮发光二极管。

通过万用表，也可以判断二极管的好坏！

总的来说，外观上看二极管的负极会有标识（一般是横杆），现在的万用表可以很方便的测量出正负极，和二极管的好坏。

五、二极管的封装

单个二极管就2个引脚，封装有什么好说的呢？

如果是2个脚的封装的二极管，确实没有必要特别说明，知道它的阴极阳极即可正常使用。

这里需要特殊说明的是3个或者多个引脚封装的二极管（比如整流桥）：

在这里插入图片描述

在上面的封装中，都是由多个二极管的组成进行封装的，为什么会有这些类型的组合封装的二极管呢？这就是我们要说明的问题。

1. 如果选择多个独立的二极管，即便型号一样，生产厂家一样，生产批次一样，两个二极管之间的性能特性，也会有一定的差异；
2. 使用上面组合形式封装的二极管，相对来说！ 是相对来说，多个二极管之间的差异会比单独的二极管小得多，在一些特除场合更能保证性能的一致性！
3. 再者，我们在设计电路的时候，因为布局走线问题，使用独立的二极管也会导致并联的二极管存在性能差异，如果使用上面组合形式封装的二极管，可以避免这种不一致问题的存在，减少电路问题。

在电路设计时候，使用组合形式封装的二极管比使用独立元器件更加稳定可靠，在某些特殊场合尽量使用组合封装的二极管（ESD防护，桥堆）。