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本文摘自《立創(chuàng)快報》，點擊：http://www.17719.cn/bulletin/details_11422.html 免費訂閱。

二極管可能是電子工程師最常聽到和最常用到的元器件之一了，本文將詳細介紹關于二極管的基礎知識，供大家參閱。

一、概述

相對于被動器件（如：電阻、電容、電感），二極管（英文：Diode）是半導體領域一個相當重要的基礎器件，今天我們就走進精彩的二極管半導體世界吧！ 

二極管是一種具有兩個電極（一般用A、K極表示）的半導體器件，它最具特性的功能就是只允許電流由單一方向通過（稱為正向偏壓），反向時阻斷 （稱為反向偏壓）。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，許多的使用是應用其整流功能的。二極管的這種單向導通的特性，簡單可口述為“正向導電，反向不導電”，可用下圖(1) 來形象表示：

而下圖（2）是市面上我們所常見的二極管外觀：

二、工作原理

現(xiàn)今最普遍的二極管大多是使用半導體材料如硅或鍺，它是一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成了空間電荷層，并且建有自建電場，當不存在外加電壓時，因為p-n結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當產生反向電壓偏置時，外界電場與自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍中與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流I0（這也就是不導電的原因, 如圖3所示）。

而當產生正向電壓偏置時，外界電場與自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流（也就是導電的原因，如下圖4所示）。

三、二極管的特性

二極管具有單向導電性，其典型伏安特性曲線見下圖(5)。當二極管兩端加上正向偏壓時，當電壓值較小時，電流極??；對于硅二極管，當電壓超過0.6V時，電流開始按指數(shù)規(guī)律增大，通常稱此為二極管的開啟電壓；當電壓達到約0.7V時，二極管處于完全導通狀態(tài)，通常稱此電壓為二極管的導通電壓，用符號VF表示。

對于鍺二極管，開啟電壓為0.2V，導通電壓VF約為0.3V。在二極管加有反向電壓，當電壓值較小時，電流極小，其電流值為反向飽和電流IS。

特別的，當外加的反向電壓高到一定程度時，p-n結空間電荷層中的電場強度達到臨界值產生載流子的倍增過程，產生大量電子空穴對，電流開始急劇增大，產生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象，對應的稱此電壓為二極管的反向擊穿電壓，用符號VBR表示。不同型號的二極管的擊穿電壓VBR值差別很大，從幾十伏到幾千伏。

四、二極管的種類

二極管種類有很多，按照所用的半導體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管（如1N4001、M7等等）、穩(wěn)壓二極管、開關二極管（如1N4148）、肖特基二極管、發(fā)光二極管、光電二極管、激光二極管、變容二極管等等。按照管芯結構，又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點接觸型二極管是用一根很細的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起，形成一個“PN結”。由于是點接觸，只允許通過較小的電流（不超過幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機的檢波等，這類典型的二極管型號如：IN60。面接觸型二極管的“PN結”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關、脈沖及高頻電路中。

五、二極管的主要參數(shù)

1. 額定正向工作電流

額定正向工作電流指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。因為電流通過二極管會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度，就會使管芯過熱而損壞，所以二極管使用中不要超過規(guī)定的工作電流值。硅管容許溫度約為140oC，鍺管約為90oC。常用的IN4001的額定正向工作電流為1A。

2.二極管的正向電壓降 

它是指二極管導通時，二極管兩端產生的正向電壓降。此值越小越好。

3. 最高反向工作電壓

加在二極管兩端的反向工作電壓高到一定值時，管子將會擊穿，失去單向導電能力。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電值。例如，lN4001二極管反向耐壓為50V，lN4007的反向耐壓為1000V

4.反向電流

是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向導電性能越好。反向電流與溫度密切相關，大約溫度每升高10oC，反向電流增大一倍。例如2APl型鍺二極管, 在25℃時，反向電流為250 μA，溫度升高到35℃，反向電流將上升到500 μA，在75℃時，它的反向電流已達8mA，不僅失去了單方向導電特性，還會使管子過熱而損壞。硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。

5. 反向恢復時間

從正向電壓變成反向電壓時，電流一般不能瞬時截止，要延遲一點點時間，這個時間就是反向恢復時間。它直接影響二極管的開關速度。

6. 耗散功率

耗散功率也稱集電極最大允許耗散功率PCM，是指晶體管參數(shù)變化不超過規(guī)定允許值時的最大集電極耗散功率。二極管的耗散功率與允許的節(jié)溫有關，硅二極管允許的最大節(jié)溫是150℃，而鍺允許最大節(jié)溫85℃。半導體工作溫度是有限的，當實際的功率增大是，其節(jié)溫也將變大，當節(jié)溫達到150℃是，此時的功率就是最大的耗散功率。當然，耗散功率與封裝大小也有一定的關系，通常封裝大點的器件，其最大耗散功率也相對大點，最常見的就是大功率器件擁有大體積，大面積的散熱金屬面。

   一個具體型號的二極管其耗散功率與測試條件有關，比如測試環(huán)境溫度和散熱條件。耗散功率與環(huán)境溫度有關，溫度越大，耗散功率越小。通常情況下，測試出來的最大耗散功率是在25℃下。隨著環(huán)境溫度的升高，其最大的耗散功率將減少，因為該條件下的導熱溫差變小，比如說在25℃下，某二極管耗散功率能達到1W，在75℃情況下，耗散功率可能變成0.4W。允許最大耗散功率與散熱條件有關，散熱條件越好，耗散功率越高，在同一環(huán)境溫度下，耗散功率為1W，加了散熱片之后，耗散功率可能變?yōu)?.7W。

關于散熱條件，表征散熱措施的一個參數(shù)是熱阻。熱阻反映阻止熱量傳遞能力的綜合參量。熱阻跟電子學里的電阻類似，都是反映“阻止能力”大小的參考量。熱阻越小，傳熱能力越強；反之，熱阻越大，傳熱能力越小。從類比的角度來看，熱量相當于電流，溫差相當于電壓，熱阻相當于電阻。其中，熱阻Rja：芯片的熱源結到周圍冷卻空氣的總熱阻，其單位是℃/W，表示在1W下，導熱兩端的溫差。

   在設計過程中，人們更關注器件工作時的溫度，以確保在安全的工作范圍。以1N4448HWS為例，在環(huán)境溫度為25℃情況下，實際功率為100mW時，其溫度為25+625*0.1=87.5℃，其能正常工作；當實際功率為200mW時，其溫度為25+625*0.2=150℃，這時候已經達到節(jié)溫的最大溫度了，比較危險，應當避免。

六、二極管的應用

1.整流

整流二極管主要用于整流電路，即把交流電變換成脈動的直流電。整流二極管都是面結型，因此結電容較大，使其工作頻率較低，一般為3kHZ以下。

2.開關

二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態(tài)，相當于一只接通的開關；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態(tài)，如同一只斷開的開關。利用二極管的單向開關特性，可以組成輸入保護電路，如下圖所示：

3.限幅

二極管正向導通后，它的正向壓降基本保持不變（硅管為0.7V，鍺管為0.3V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內。如下圖所示，為了限制集成運放的差模輸入電壓，保護其輸入級，可加二極管限幅電路，

4.續(xù)流

在開關電源的電感中和繼電器等感性負載中起續(xù)流作用，應用如下圖所示：

5.檢波

檢波二極管的主要作用是把高頻信號中的低頻信號檢出。它們的結構為點接觸型。其結電容較小，工作頻率較高，一般都采用鍺材料制成, 應用如下圖所示：

6.阻尼

阻尼二極管多用在高頻電壓電路中，能承受較高的反向擊穿電壓和較大的峰值電流，一般用在電視機電路中，如下圖所示, 常用的阻尼二極管有D2499、2CN2、BSBS44等。

7.顯示

常用用于各種電子設備等顯示器上LED指示燈、 LED數(shù)碼管、LED顯示屏等等。

8.穩(wěn)壓

這種管子是利用二極管的反向擊穿特性制成的，在電路中其兩端的電壓保持基本不變，起到穩(wěn)定電壓的作用, 如下圖所示。常用的穩(wěn)壓管有2CW55、2CW56等。

9.觸發(fā)

觸發(fā)二極管又稱雙向觸發(fā)二極管（DIAC）屬三層結構，具有對稱性的二端半導體器件。常用來觸發(fā)雙向可控硅；在電路中作過壓保護、觸發(fā)電路(如下圖所示) 等用途。