二极管类型及其作用

二极管类型及其作用DIODE1•简介二极管又称晶体二极管，简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种能够单向传导电流的电子器件。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。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。2■特性正向性外加正向电压时，在正向特性的起始部分，正向电压很小，不足以克服PN结内电场的阻挡作用，正向电流几乎为零，这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后，PN结内电场被克服，二极管正向导通，电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内，导通时二极管的端电压几乎维持不变，这个电压称为二极管的正向电压。当二极管两端的正向电压超过一定数值，内电场很快被削弱，特性电流迅速增长，二极管正向导通。Vth叫做门坎电压或阈值电压，硅管约为0.5V,锗管约为0.1V。硅二极管的正向导通压降约为0.6~0.8V,锗二极管的正向导通压降约为0.2~0.3V。反向性外加反向电压不超过一定范围时，通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流。由于反向电流很小，二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流，二极管的反向饱和电流受温度影响很大。一般硅管的反向电流比锗管小得多，小功率硅管的反向饱和电流在nA数量级，小功率锗管在“A数量级。温度升高时，半导体受热激发，少数载流子数目增加，反向饱和电流也随之增加。二极管的管压降：硅二极管（不发光类型）正向管压降0.7V,锗管正向管压降为0.3V,发光二极管正向管压降会随不同发光颜色而不同。主要有三种颜色，具体压降参考值如下：红色发光二极管的压降为2.0--2.2V，黄色发光二极管的压降为1.8—2.0V，绿色发光二极管的压降为3.0—3.2V，正常发光时的额定电流约为20mA。二极管的电压与电流不是线性关系，所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻。反向击穿齐纳击穿在高掺杂浓度的情况下，因势垒区宽度很小，反向电压较大时，破坏了势垒区内共价键结构，使价电子脱离共价键束缚，产生电子-空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。如果掺杂浓度较低，势垒区宽度较宽，不容易产生齐纳击穿。雪崩击穿另一种击穿为雪崩击穿。当反向电压增加到较大数值时，外加电场使电子漂移速度加快，从而与共价键中的价电子相碰撞，把价电子撞出共价键，产生新的电子-空穴对。新产生的电子-空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪崩式地增加，致使电流急剧增加，这种击穿称为雪崩击穿。无论哪种击穿，若对其电流不加限制，都可能造成PN结永久性损坏.3■工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的pn结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于pn结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流10。当外加的反向电压高到一定程度时，pn结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对,产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。pn结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。4■类型二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。从用途来分：1■检波二极管作用：检波（也称解调）二极管的作用是利用其单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号取出来，广泛应用于半导体收音机、收录机、电视机及通信等设备的小信号电路中，其工作频率较高，处理信号幅度较弱。常用的国产检波二极管有2AP系列锗玻璃封装二极管。常用的进口检波二极管有1N34/A、1N60等。整流检波二极管的作用把交流电压变换成单向脉动电压原理：检波二极管具有结电容低，工作频率高和反向电流小等特点，传统上用于调幅信号检波。调幅信号是一个高频信号承载一个低频信号，调幅信号的波包（envelope）即为基带低频信号。如在每个信号周期取平均值，其恒为零。若将调幅信号通过检波二极管，由于检波二极管的单向导电特性，调幅信号的负向部分被截去，仅留下其正向部分，此时如在每个信号周期取平均值（低通滤波），所得为调幅信号的波包（envelope）即为基带低频信号，实现了解调（检波）功能。检波（detection）广义的检波通常称为解调，是调制的逆过程，即从已调波提取调制信号的过程。对调幅波是从它的振幅变化提取调制信号的过程；对调频波，是从它的频率变化提取调制信号的过程；对调相波，是从它的相位变化提取调制信号的过程。二极管检波原理:调幅波信号是二极管检波电路的输入，二极管只允许单向导电，，使用的是硅管，则只有电压高于0.7V的部分通过二极管。，二极管的输出端连接了一个电容，电容与电阻配合对二极管输出中的高频信号对地短路，使得输出信号基本上信号包络线。电容和电阻构成的这种电路功能叫做滤波。http://we/link?url=n-pOLkT_l1lpLSIOCQ5iUomr1x54U196fjDSmNdDFIN63WqnDzWOcTrx4LWUhYKRhlRh5d8PQtOaF1iLc17al7d7_vJYvvyGuXXJ9h1HKpC2•整流二极管一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结，有正极和负极两个端子。特性整流二极管是利用PN结的单向导电特性，把交流电变成脉动直流电。整流二极管流电流较大,多数采用面接触性料封装的二极管。整流二极管的外形如图1所示，另外，整流二极管的参数除前面介绍的几个外，还有最大整流电流，是指整流二极管长时间的工作所允许通过的最大电流值。它是整流二极管的主要参数，是选项用整流二极管的主要依据。常用参数最大平均整流电流IF：指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。该电流由PN结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值，并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A。最高反向工作电压VR：指二极管两端允许施加的最大反向电压。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(VB)的一半作为(VR)。例如1N4001的VR为50V，1N4002-1n4006分别为100V、200V、400V、600V和800V，1N4007的VR为1000V最大反向电流IR：它是二极管在最高反向工作电压下允许流过的反向电流，此参数反映了二极管单向导电性能的好坏。因此这个电流值越小，表明二极管质量越好。击穿电压VB：指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。反向为软特性时，则指给定反向漏电流条件下的电压值。最高工作频率fm：它是二极管在正常情况下的最高工作频率。主要由PN结的结电容及扩散电容决定，若工作频率超过fm，则二极管的单向导电性能将不能很好地体现。例如1N4000系列二极管的fm为3kHz。反向恢复时间trr：指在规定的负载、正向电流及最大反向瞬态电压下的反向恢复时间。（7）零偏压电容CO：指二极管两端电压为零时，扩散电容及结电容的容量之和。值得注意的是，由于制造工艺的限制，即使同一型号的二极管其参数的离散性也很大。手册中给出的参数往往是一个范围，若测试条件改变，则相应的参数也会发生变化,例如在25°C时测得1N5200系列硅塑封整流二极管的IR小于10uA，而在100°C时IR则变为小于500uA。常用型号极管型号：4148安装方式:贴片功率特性:大功率二极管型号:SA5.0A/CA-SA170A/CA安装方式:直插二极管型号:IN4007/IN4001安装方式:直插功率特性:小功率频率特性:低频二极管型号:70HF80安装方式:螺丝型功率特性:大功率频率特性:高频二极管型号:MRA4003T3G安装方式:贴片二极管型号:1SS355安装方式:贴片功率特性:大功率二极管型号6A10安装方式:直插功率特性:大功率;型号:2DHG型安装方式:直插功率特性:大功率二极管型号B5G090L安装方式:直插功率特性:小功率频率特性:超高频型号最高反向峰值电压（v）平均整流电流（a）最大峰值浪涌电流（a最大反向漏电流（Ua）正向压降（V）外型IN4001501.0305.01.0DO--41IN40021001.0305.01.0DO--41IN40033001.0305.01.0DO--41IN40044001.0305.01.0DO--41IN40056001.0305.01.0DO--41普通整流二极管参数（二）型号最高反向峰值电压（v）平均整流电流（a）最大峰值浪涌电流（a最大反向漏电流（Ua）正向压降(V)外型RL2015027051D0--15RL20210027051DO--15RL20320027051DO--15RL20440027051DO--15RL20560027051DO--15RL20680027051DO--15普通整流二极管参数(三)IN540150320051DO--27P600M10006400100.95R--605Z6.2Y硅稳压二极管Vz=6~6.35V,Pzm=500mW,1N4002硅整流二极管100V,1A,1N4148二极管75V,4PF,lr=25nA,Vf=1V,1N5400硅整流二极管50V,3A,(lr=5uA,Vf=1V,lfs=150A)1N5401硅整流二极管100V,3A,1N5402硅整流二极管200V,3A,1N5408硅整流二极管1000V,3A3■稳压二极管稳压二极管(又叫齐纳二极管)，此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。｛稳压二极管与TVS管的差别｝稳压二极管主要是在电路中起到稳压的作用，需要反接，使其反向击穿，负载两端的电压将基本保持不变。TVS管即瞬态抑制二极管，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管两端经受瞬间的高能量冲击时，它能以极高的速度(最高达1/(10A12)秒)使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。TVS和齐纳稳压管都能用作稳压，但是齐纳击穿电流更小，大于10V的稳压只有1mA,相对来说要比齐纳二极管击穿电流要大不少，但是齐纳二极管稳压精度可以做的比较高。单向替换有可能，互换？不太可能。浪涌保护电路（如图2）：稳压管在准确的电压下击穿，这就使得它可作为限制或保护之元件来使用，因为各种电压的稳压二极管都可以得到，故对于这种应用特别适宜•图中的稳压二极管D是作为过压保护器件•只要电源电压VS超过二极管的稳压值D就导通，使继电器J吸合负载RL就与电源分开•电弧抑制电路如图4：在电感线圈上并联接入一只合适的稳压二极管（也可接入一只普通二极管原理一样）的话，当线圈在导通状态切断时，由于其电磁能释放所产生的高压就被二极管所吸收，所以当开关断开时，开关的电弧也就被消除了。这个应用电路在工业上用得比较多，如一些较大功率的电磁吸控制电路就用到它•串联型稳压电路(如图5)：在此电路中，串联稳压管，BG的基极被稳压二极管D钳定在13V,那么其发射极就输出恒定的12V电压了•这个电路在很多场合下都有应用。反向串联的作用1、 经常在功率较大的放大电路，功率管的基极b与发射极e即发射结并联两个反向的二极管，这是通过对发射结输入电流的分流作用而起保护作用；2、 两个二极管反向串联后对与之并联的电路可起过压保护作用，当电路过压时，二极管首先击穿短路；双向过压保护。这种双向tvs,双向过压保护电路一般用于电子电路，与被保护的PN结并联，保护该PN免遭反向过电压的危害；作用：过压保护，静电保护，电压钳位，阻尼作用。瞬态电压抑制器(TransientVoltageSuppressor)简称TVS,是一种二极管形式的高效能保护器件。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毫秒量级的速度，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，使两极间的电压箝位于一个预定值，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。1、 将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。2、 静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的串扰(Crosstalk)。3、 将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。开关电源中的开关管一般是mos管，由于mos管的G极对静电或过压非常敏感，所以为了保护它免遭损坏才加双向TVS给与保护，一般三极管开关并不害怕静电，很少有这个保护。4、如果是两个稳压二极管反向串联，正、反方向电压到达稳压值时，电压被钳位;5、如果是两个稳压二极管反向串联，正、反方向电压到达稳压值时，电流剧增，电动力增大，起阻尼作用；4■开关二极管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。原理工作特性开关二极管从截止（高阻状态）到导通（低阻状态）的时间叫开通时间；从导通到截止的时间叫反向恢复时间；两个时间之和称为开关时间。一般反向恢复时间大于开通时间，故在开关二极管的使用参数上只给出反向恢复时间。开关二极管的开关速度是相当快的，像硅开关二极管的反向恢复时间只有几纳秒，即使是锗开关二极管，也不过几百纳秒。开关二极管具有开关速度快、体积小、寿命长、可靠性高等特点，广泛应用于电子设备的开关电路、检波电路、高频和脉冲整流电路及自动控制电路中。5•隔离二极管隔离二极管：顾名思义，利用二极管的单向导通原理，对某方向电压的导通起到隔离的作用。隔离二极管一般情况下正向导通电压在0.6-0.8V之间（硅二极管）6•肖特基二极管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一半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属一半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别通常将PN结整流管称作结整流管，而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管，采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世，这不仅可节省贵金属，大幅度降低成本，还改善了参数的一致性。SBD具有开关频率高和正向压降低等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于60V,最高仅约100V，以致于限制了其应用范围。像在开关电源（SMPS）和功率因数校正（PFC）电路中功率开关器件的续流二极管、变压器次级用100V以上的高频整流二极管、RCD缓冲器电路中用600V〜1.2kV的高速二极管以及PFC升压用600V二极管等，只有使用快速恢复外延二极管（FRED）和超快速恢复二极管（UFRD）。UFRD的反向恢复时间Trr也在20ns以上，根本不能满足像空间站等领域用1MHz〜3MHz的SMPS需要。（都到空间站了。。0、0蛋疼）即使是硬开关为100kHz的SMPS，由于UFRD的导通损耗和开关损耗均较大，壳温很高，需用较大的散热器，从而使SMPS体积和重量增加，不符合小型化和轻薄化的发展趋势。因此，发展100V以上的高压SBD，一直是人们研究的课题和关注的热点。近几年，SBD已取得了突破性的进展，150V和200V的高压SBD已经上市，使用新型材料制作的超过1kV的SBD也研制成功，从而为其应用注入了新的生机与活力。缺点肖特基二极体最大的缺点是其反向偏压较低及反向漏电流偏大，像使用硅及金属为材料的肖特基二极体，其反向偏压额定耐压最高只到50V，而反向漏电流值为正温度特性，容易随着温度升高而急遽变大，实务设计上需注意其热失控的隐忧。为了避免上述的问题，肖特基二极体实际使用时的反向偏压都会比其额定值小很多。不过肖特基二极体的技术也已有了进步，其反向偏压的额定值最大可以到200V。特点特点编辑编辑肖特基二极管SBD的主要优点包括两个方面：1）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）。2）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。但是，由于SBD的反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以反向击穿电压比较低。由于SBD比PN结二极管更容易受热击穿，反向漏电流比PN结二极管大。作用一个典型的应用，是在双极型晶体管BJT的开关电路里面，通过在BJT上连接Shockley二极管来箝位，使得晶体管在导通状态时其实处于很接近截止状态，从而提高晶体管的开关速度。这种方法是74LS,74ALS,74AS等典型数字IC的TTL内部电路中使用的技术。肖特基（Schottky）二极管的最大特点是正向压降VF比较小。在同样电流的情况下，它的正向压降要小许多。另外它的恢复时间短。它也有一些缺点：耐压比较低，漏电流稍大些。选用时要全面考虑。在SBD方面，采用SiC材料和JBS结构的器件具有较大的发展潜力。在高压功率二极管领域，SBD肯定会占有一席之地。 肖特基二极管常见的型号：MBR300100CTMBR400100CTMBR500100CTMBR600100CTMBR30050CTMBR40050CTMBR50050CTMBR60050CT部分参数下列为比较经常用到的二极管参数05Z6.2Y；硅稳压二极管Vz=6~6.35V,Pzm=500mW,05Z7.5Y；硅稳压二极管Vz=7.34~7.70V,Pzm=500mW,05Z13X；硅稳压二极管Vz=12.4~13.1V,Pzm=500mW,05Z15Y；硅稳压二极管Vz=14.4~15.15V,Pzm=500mW,05Z18Y；硅稳压二极管Vz=17.55~18.45V,Pzm=500mW,1N4001；硅整流二极管50V,1A,(lr=5uA,Vf=1V,lfs=50A)1N4002；硅整流二极管100V,1A,1N4003；硅整流二极管200V,1A,1N4004；硅整流二极管400V,1A,1N4005；硅整流二极管600V,1A,1N4006；硅整流二极管800V,1A,1N4007；硅整流二极管1000V,1A,1N4148；二极管75V,4PF,lr=25nA,Vf=1V,1N5391；硅整流二极管50V,1.5A,(lr=10uA,Vf=1.4V,lfs=50A)1N5392；硅整流二极管100V,1.5A,1N5393；硅整流二极管200V,1.5A,1N5394；硅整流二极管300V,1.5A,1