超详细！一文读懂二极管所有基础知识点！

子元件家族当中，有一种只允许电流由单一方向流过，具有两个电极的元件，称为二极管，英文是“Diode”，是现代电子产业发展的重要基石这一。

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早期的二极管

早期的二极管，包含“猫(触)须晶体”(Cat's Whisker Crystals)和真空管(Thermionic Valves)。

1904年，英国物理学家弗莱明根据“爱迪生效应”发明了世界上第一只电子二极管——热离子真空电子二极管。它是依靠阴极热发射电子到阳极实现导通。

电源正负极接反则不能导电，它是一种能够单向传导电流的电子器件。早期电子二极管存在体积大、需预热、功耗大、易破碎等问题，促使了晶体二极管的发明。

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晶体二极管

又称半导体二极管。1947年，美国人发明。在半导体二极管内部有一个PN结和两个引出端。

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。现今最普遍的二极管大多是使用半导体材料如硅或锗。

晶体二极管结构

晶体二极管的核心是PN结，关于PN结首先要了解三个概念：

• 本征半导体：指不含任何掺杂元素的半导体，如纯硅晶片或纯锗晶片。

• P型半导体：掺杂了产生空穴的含较低电价杂质的半导体，如在本征半导体中Si(4+)中掺入Al(3+)的半导体。

• N型半导体：掺杂了产生空穴的含较低电价杂质的半导体，如在本征半导体中硅Si(4+)中掺入磷P(5+)的半导体。

由P型半导体和N型半导体相接触时，就产生一个独特的PN结界面，在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PN结两边载流子的浓度差引起扩散电流，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PN结。

以PN结为核心结构，加上引线或引脚形成单向导电的二极管。

当外加电压方向由P极指向N极时，导通。

晶体二极管分类

晶体二极管可按材料不同和PN结结构不同，进行分类。

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点接触型二极管

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。

其PN结的静电容量小，适用于高频电路。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。

与面结型相比较，点接触型二极管正向特性和反向特性都差，因此不能使用于大电流和整流。

制作工艺：将细铝丝的一端接在阳极引线上，另一端压在掺杂过的N型半导体上。加上电压后，细铝丝在接触点处融化并渗入融化部分的中。这样，接触点实际上是P型半导体，并附着在N型半导体上形成PN结。

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面接触型二极管

面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流(几安到几十安)，主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。面接触型晶体二极管比较适用于大电流开关。

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平面型二极管

平面型二极管是一种特制的硅二极管，得名于半导体表面被制作得平整。最初，对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的，故又把平面型称为外延平面型。

在半导体单晶片(主要地是N型硅单晶片)上，扩散P型杂质，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。因PN结合的表面被氧化膜覆盖，稳定性好和寿命长。

它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。

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晶体二极管主要特性

二极管的伏安特性曲线如下：

• 外加电压Uw方向为P→N时，Uw大于起动电压，二极管导通；

• 外加电压Uw方向为N→P时，Uw大于反向击穿电压，二极管击穿。

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晶体二极管性能参数

最大整流电流Idm：

• 二极管连续工作允许通过的最大正向电流；

• 电流过大，二极管会因过热烧毁；

• 大电流整流可加装散热片。

最大反向电压Urm：

• Urm一般小于反向击穿电压，选规格以Urm为准，并留有余量；

• 过电压易损坏二极管。

反向饱和电流Is：

• 二极管外加反向电压时的电流值；

• Is反向击穿前很小，变化也很小；

• Is会随温度的升高而升高，一般地，常温下硅管Is<1μA，锗管Is=30~300μA。

最高工作频率Fm：指二极管能保持良好工作特性的最高工作频率。

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不同用途的二极管差异

整流二极管

大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流(Rectifying)”功能，将交流电能转变为直流电能。

面接触结构，多采用硅材料，能承受较大的正向电流和较高的反向电压。

性能较稳定，但因结电容较大，不宜工作在高频电路中，所以不能作为检波管使用。有金属和塑料封装。

检波二极管

检波二极管是用于把叠加在高频载波上的低频信号检出来的器件，它具有较高的检波效率和良好的频率特性。

锗材料点接触型、工作频率可达400MHz，正向压降小，结电容小，检波效率高，频率特性好，为2AP型。

类似点触型那样检波用的二极管，除用于检波外，还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。

多采用玻璃封装或陶瓷外壳封装，以获得良好的高频特性。

开关二极管

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。

开关二极管的势垒电容一般极小，这就相当于堵住了势垒电容这条路，达到了在高频条件下还可以保持好的单向导电性的效果。

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。

稳压二极管

稳压二极管，是指利用PN结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。

稳压二极管的伏安特性曲线的正向特性和普通二极管差不多，反向特性是在反向电压低于反向击穿电压时，反向电阻很大，反向漏电流极小。

但是，当反向电压临近反向电压的临界值时，反向电流骤然增大，称为击穿。

变容二极管

变容二极管(Varactor Diodes)又称"可变电抗二极管"。材料多为硅或砷化镓单晶，并采用外延工艺技术。

它一种利用PN结电容(势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制成的二极管，其结构图如下。

变容二极管的作用是利用PN结之间电容可变的原理制成的半导体器件，在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用。

变容二极管属于反偏压二极管，改变其PN结上的反向偏压，即可改变PN结电容量。反向偏压越高，结电容则越少，反向偏压与结电容之间的关系是非线性的。

变容二极管的电容值与反向偏压值的关系图解：

• 反向偏压增加，造成电容减少；
  

• 反向偏压减少，造成电容增加；
  

• 反偏电压愈大，则结电容愈小。

发光二极管

发光二极管简称为LED。由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。

当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。

阻尼二极管

阻尼二极管类似于高频、高压整流二极管，其特点是具有较低有电压降和较高的工作频率，且能承受较高的反向击穿电压和较大的峰值电流。

阻尼二极管主要用在电视机中，作为阻尼二极管、升压整流二极管或大电流开关二极管使用。

二极管芯组

整流桥堆(半桥、全桥)：

高压硅堆(多个硅二极管串联)：

二极管的检测：

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