二极管
- 二极管
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- 定义
- 二极管的结构组成
- 二极管的电路符号
- 二极管的分类
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- 按频率分类
- 按结构分类
- 根据正电流的大小进行分类
- 按形状分类
- 按应用场景分类
- 二极管特性及参数
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- 伏安特性
- 直流电阻 R D R_D RD
- 交流电阻 r D r_D rD
- 温度特性
- 最大反向工作电压 U R M U_{RM} URM
- 最大整流电流 I F I_F IF
- 反向电流 I R I_R IR
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- 为什么存在反向电流
- 最高工作频率 f M f_M fM
- 反向恢复电压 V f r V_fr Vfr与反向恢复时间 t r r t_rr trr
- 二极管等效模型
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- 理想模型
- 偏移模型
- 微变等效模型
- 二极管击穿现象
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- 雪崩击穿
- 齐纳击穿
- 二极管应用
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- 整流
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- 半波整流
- 全波整流
- 桥式整流
- 倍压整流
- 过零检测
- 检波
- 钳位
- 稳压
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- 稳压二极管参数计算
- 调频
- 续流
- TVS瞬态抑制二极管
- 肖特基势垒二极管（SBD）
- 肖特基结原理
- 隔离二极管
二极管
定义
二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件 。它具有单向导电性能， 即给二极管阳极加上正向电压时，二极管导通。 当给阳极和阴极加上反向电压时，二极管截止。 因此，二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。
二极管的结构组成
和电子管一样，晶体二极管最明显的特征也是单向导电性。不同的是晶体二极管单向导电的原理不是靠对电子的热激发，而是靠一个PN结（也叫空间电荷区）来实现。它的导电是由多子空穴、电子两种电荷形成的，这两种电荷运动方向相反，在正偏条件下（p区接电源正极，n区接电源负极），这种情况下外加电压与pn结内电场方向相反互相抵消，p型半导体内的多子空穴向负极方向定向移动（异性相吸），n型半导体内的多子电子向电源正极方向定向移动，二者在移动过程中不断复合消失，这样就形成了正向电流，方向由p区指向n区；当外加电压极性相反时，也即反偏时（p区接电源负极，n区接电源正极），pn结内电场宽度增加，p区内的少子电子向电源正极移动，n区内的少子空穴向负极移动，这样就形成了反向电流；因为少子的浓度很低，所以方向电流很小。 
单向导电，电流只能从P区流向N区，或电流只能从正极流向负极。
有正向导通门槛电压（锗 0.2 ∼ 0.3 V 0.2 \sim 0.3V 0.2∼0.3V，硅 0.6 V ∼ 0.7 V 0.6V \sim 0.7V 0.6V∼0.7V）
它正常工作时会产生相应的压降(同上），会耗散相应的功率。根据欧姆定律 P = U I P=UI P=UI假设硅二极管压降 0.6 V 0.6V 0.6V当它通过 1 A 1A 1A的电流时则会耗散 0.6 W 0.6W 0.6W的功率，所以在一些低压大电流的开关电源当中输出都会使用成本更高的场效应管同步整流，如果用普通整流二极管的话会严重拉低整机的工作效率。
它的工作压降与其温度成正比，也就是说它的工作温度越高压降也就会越大。
二极管的电路符号
二极管的电路代号是“D” 第一个：为我们常用的普通二极管 第二个：发光二极管 第三个：光电二极管 第四个：瞬态抑制二极管 第五个：变容二极管 第六种：肖特基二极管 第七种：齐纳二极管 第八种：隧道二极管
二极管的分类
按频率分类
最基本的分类方法。二极管根据其特性分为整流二极管、开关二极管、肖特基势垒二极管、齐纳二极管、用于高频的高频二极管。另外，作为保护元件一般使用齐纳二极管，但随着周边电路的精密化、应用微细化，被要求使用更高性能的保护元件 — TVS (Transient Voltage Suppressor)。 图片来源于电子发烧友网
按结构分类
现在最常用的半导体结合的方法，在硅基板上形成氧化膜，在必要的地方开孔把不纯物扩散结合。（包括扩散接合型和肖特基势垒型）。 扩散接合型：把不纯物热扩散到硅半导体里，形成叫做P形，N形的不纯物扩散领域。这个结合部产生叫做电位墙壁的墙壁（包括：开关二极管、恒压(齐纳)二极管CZD、快速恢复二极管RRD、PIN二极管、波段开矣二极管）； 肖特基势垒型：利用金属与半导体结合时产生的电位墙壁的叫做肖特基垫垒形。很久以前就知金属和半导体接触时拥有整流特性，但理论说明的人是Mr.Shotoky，因此这个构造的起名为肖特基垫垒。和PN形来比，恢复时间快，所以高频的整流效果非常好，还有顺方向电压也低，功耗也少，所以广泛用于高频整流。 （包括：检波肖特基二极管）。
结合部像富士山，这个构造的逆电压 (VR) 容易变大，多用于整流二极管。耐压容易做大，但相反与Planar形相比逆电流也变大。（包括整流二极管）。
其中点接触型与面接触型最大的特点就是，点接触型为高频二极管，常用的有检波二极管，如：1N34 但点接触型二极管绝大多数为锗二极管。而面接触型二极管多为硅管。
其中：点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后，再通过电流法而形成的。因此，其PN结的静电容量小，适用于高频电路。点接触型与面结型相比，较少使用于大电流和整流。因为构造简单，所以价格便宜。对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言，它是应用范围较广的类型。
而面接触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、脉冲及低频电路中二者的工作方式都一样只不过适用的电路环境不同。
其实一般在高频电路中和射频电路中用二极管做开关使用，经常用一个叫做PIN二极管。
图片及文字来源于凡亿PCB公众号
按正向电流的大小分类
按顺方向电流大小来分，IF未满1A的叫做小信号二极管，1A以上的叫做中功率/大功率二极管。
按形状分类
封装，实际安装形状，二极管有各种各样的形装．大体分为插件形和贴片形。市场数年前开始贴片成为主流。
按照应用场景分类
整流二极管、检波二极管、开关二极管、稳压二极管、变容二极管、瞬态电压抑制二极管、肖特基二极管、发光二极管、隔离二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。
二极管特性及参数
伏安特性
若以电压为横坐标，电流为纵坐标，用作图法把电压、电流的对应值用平滑的曲线连接起来，就构成二极管的伏安特性曲线，如下图所示（图中虚线为锗管的伏安特性，实线为硅管的伏安特性）。 I D = I S ( e q u D / k T − 1 ) = I S ( e u D / U T − 1 ) I_D=I_S(e^{q{u_D}/kT}-1)=I_S(e^{u_D/U_T}-1) ID=IS(equD/kT−1)=IS(euD/UT−1) I S I_S IS为反向饱和电流，q为电子电量； U T = k T / q U_T=kT/q UT=kT/q，称为热电压，在室温27 o C ^oC oC即300K时， U T = 26 m V U_T=26mV UT=26mV 二极管两端加正向电压时，就产生正向电流，当正向电压较小时，正向电流极小（几乎为零），这一部分称为死区，相应的A(A′)点的电压称为死区电压或门槛电压(也称阈值电压， U D ( o n ) U_{D(on)} UD(on))，室温下硅管约为 U D ( o n ) = ( 0.5 V ∼ 0.7 V ) U_{D(on)}=(0.5V\sim0.7V) UD(on)=(0.5V∼0.7V)，锗管约为 U D ( o n ) = ( 0.1 V ∼ 0.3 V ) U_{D(on)}=(0.1V\sim0.3V) UD(on)=(0.1V∼0.3V)，如图中OA(OA′)段。
当正向电压超过门槛电压时，正向电流就会急剧地增大，二极管呈现很小电阻而处于导通状态。这时硅管的正向导通压降约为 0.6 ∼ 0.7 V 0.6 \sim 0.7V 0.6∼0.7V，锗管约为 0.2 V ∼ 0.3 V 0.2V \sim 0.3V 0.2V∼0.3V，如图中AB(A′B′)段。
二极管正向导通时，要特别注意它的正向电流不能超过最大值，否则将烧坏PN结。 二极管两端加上反向电压时，在开始很大范围内，二极管相当于非常大的电阻，反向电流很小，且不随反向电压而变化，（硅管一般小于 0.1 μ V 0.1\mu V 0.1μV，锗管小于几十微安）。此时的电流称之为反向饱和电流IR，见图中OC（OC′）段。 二极管反向电压加到一定数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。此时对应的电压称为反向击穿电压，用UBR表示，如图1.11中CD(C′D′)段。 由于二极管的核心是一个PN结，它的导电性能与温度有关，温度升高时二极管正向特性曲线向左移动，正向压降减小;反向特性曲线向下移动，反向电流增大。
直流电阻 R D R_D RD
R D = U D I D ∣ Q R_D=\frac{U_D}{I_D} \Big| _Q RD=IDUD∣∣∣Q 正向 R D R_D RD随工作电流增大而减小，如图中 Q 1 Q_1 Q1点处的 R D R_D RD小于 Q 2 Q_2 Q2点处的 R D R_D RD。反向 R D R_D RD理论上应为无穷大，因为反相偏置管子截至，无电流。 实际上，一般正向电阻为几十至几百欧，反向电阻为几十千欧至几十兆欧。随管子类型不同而不同。显然，正向电阻越小，反向电阻越大，单向导电性越好。
交流电阻 r D r_D rD
二极管在其工作状态 （ I D Q ， U D Q ） （I_{DQ}，U_{DQ}） （IDQ，UDQ）处的电压微变量于电流微变量之比，即 r D = Δ U D Δ I D ∣ Q = d u D d i D ∣ Q r_D=\frac{\Delta U_D}{\Delta I_D} \Big| _Q=\frac{d u_D}{d i_D} \Big| _Q rD=ΔIDΔUD∣∣∣Q=diDduD∣∣∣Q r D r_D rD的几何意义如图，即二极管伏安特性曲线上 Q （ I D Q ， U D Q ） Q（I_{DQ}，U_{DQ}） Q（IDQ，U 标签： 电容专用电抗器功率二极管62020二极管工作原理e给二极管外加正偏电压二极管才能处于导通状态传输线偏压电阻器