二极管

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， 即给二极管阳极和阴极加上正向电压时，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。

二极管是最早诞生的半导体器件之一，其应用非常广泛。特别是在各种电子电路中，利用二极管和电阻、电容、电感等元器件进行合理的连接，构成不同功能的电路，可以实现对交流电整流、对调制信号检波、限幅和钳位以及对电源电压的稳压等多种功能。无论是在常见的收音机电路还是在其他的家用电器产品或工业控制电路中，都可以找到二极管的踪迹。

1、整流：利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电

2、开关：二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。

3、限幅：二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。

4、续流：在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起续流作用。

5、检波：在收音机中起检波作用。

6、变容：使用于电视机的高频头中。

7、显示：用于VCD、DVD、计算器等显示器上。

8、稳压：稳压二极管实质上是一个面结型硅二极管，稳压二极管工作在反向击穿状态。在二极管的制造工艺上，使它有低压击穿特性。稳压二极管的反向击穿电压恒定，在稳压电路中串入限流电阻，使稳压管击穿后电流不超过允许值，因此击穿状态可以长期持续并不会损坏。

9、触发：触发二极管又称双向触发二极管（DIAC）属三层结构，具有对称性的二端半导体器件。常用来触发双向可控硅 ，在电路中作过压保护等用途。

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）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。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。平面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、脉冲及高频电路中。

还有特殊用途：

一、恒流二极管

1．恒流二极管的作用 恒流二极管（简称CRD）是用来稳定电流的二极管，它可以在较宽的电压变化范围内提供恒定不变的电流。恒流二极管主要应用各种放大电路（如音频功放电路）、振荡电路及稳压电源电路，在电路中作为恒流源或恒流偏置元件。

2．常用的恒流二极管 常用的恒流二极管有2DH系列，

二、补偿二极管

1．补偿二极管的作用 补偿二极管是一种具有良好的温度特性和稳压特性的半导体二极管，广泛应用于各种半导体收音机、音响系统和通信设备中作温度补偿及电源降压补偿。

2．常用的补偿二极管 常用的补偿二极管有2CB系列等。2CB系列补偿二极管采用环氧树脂陶瓷圆片状封装，

三、双基极二极管

1．双基极二极管的结构与作用 双基极二极管又称单结晶体管，是具有一个PN结的三端负阻器件。双基极二极管由一个PN结和一个N型硅片构成，在硅片的两端分别引出两个基极B1和B2，在PN结的P型半导体上引出的电极为发射极E。基极B1和基极 B2之间的N型区域可以等效为一个纯电阻，即基区电阻RBB。该电阻的阻值随着发射极电流的变化而改变。双基极二极管广泛应用于各种振荡器、定时器和控制器电路中。

2．常用的双基极二极管 常用的双基极二极管有BT31系列、BT32系列和BT33系列，

四、磁敏二极管

1．磁敏二极管的作用 磁敏二极管是一种磁–电转换半导体器件，可以在较弱的磁场作用下，产生较高的输出电压，并随羊磁场方向的变化同步输出变化的正、负电压。磁敏二极管应用于磁场检测、电流测量、无触点开关及无电刷直流电动机的自动控制等方面。

2．常用的磁敏二极管 常用的磁敏二极管有2DCM系列和2ACM系列。

五、精密二极管

1．精密二极管的作用 精密二极管（简称PD）是一种具有稳定电压和稳定电流功能的高精度二极管，它工作温度适应范围较宽、线性好、稳定性非常高，主要应用于各种电子电路中，作为恒流源或恒压源。精密二极管的电路图形符号和文字符号与普通二极管相同。

常用的精密二极管 常用的精密二极管有HW系列（单管）、SHW系列（对管）和THW系列（带温控器）等。

六、隧道二极管

隧道二极管是采用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混合制成的半导体二极管，其优点是开关特性好，速度快、工作频率高；缺点是热稳定性较差。一般应用于某些开关电路或高频振荡等电路中。隧道二极管的文字符号与普通二极管相同。

二极管（英语：Diode），电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过。许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极管（Varicap Diode）则用来当作电子式的可调电容器。

大部分二极管所具备的电流方向性，通常称之为“整流（Rectifying）”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断 （称为逆向偏压）。因此，二极管可以想成电子版的逆止阀。然而实际上二极管并不会表现出如此完美的开与关的方向性，而是较为复杂的非线性电子特征——这是由特定类型的二极管技术决定的。二极管使用上除了用做开关的方式之外还有很多其他的功能。

早期的二极管包含“猫须晶体（"Cat's Whisker" Crystals）”以及真空管(英国称为“热游离阀（Thermionic Valves）”)。现今最普遍的二极管大多是使用半导体材料如硅或锗。

1、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。

2、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。

3、击穿

外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热，则单向导电性不一定会被永久破坏，在撤除外加电压后，其性能仍可恢复，否则二极管就损坏了。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。

二极管是一种具有单向导电的二端器件，有电子二极管和晶体二极管之分，电子二极管现已很少见到，比较常见和常用的多是晶体二极管。二极管的单向导电特性，几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

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。

二极管工作原理（正向导电，反向不导电）

晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成了空间电荷层，并且建有自建电场，当不存在外加电压时，因为p-n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。 当产生正向电压偏置时，外界电场与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（也就是导电的原因）。 当产生反向电压偏置时，外界电场与自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围中与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0（这也就是不导电的原因）。

当外加的反向电压高到一定程度时，p-n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。

反向击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。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。

电子电路应用

几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管。半导体二极管在电路中的使用能够起到保护电路，延长电路寿命等作用。半导体二极管的发展，使得集成电路更加优化，在各个领域都起到了积极的作用。二极管在集成电路中的作用很多，维持着集成电路正常工作。下面简要介绍二极管在以下四种电路中的作用。

（1）开关电路

在数字、集成电路中利用二极管的单向导电性实现电路的导通或断开，这一技术已经得到广泛应用。开关二极管可以很好的保护的电路，防止电路因为短路等问题而被烧坏，也可实现传统开关的功能。开关二极管还有一个特性就是开关的速度很快。这是传统开关所无法比拟的。

（2）限幅电路

在电子电路中，常用限幅电路对各种信号进行处理。它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分信号。大多数二极管都可作为限幅使用，但有些时候需要用到专用限幅二极管，如保护仪表时。

（3）稳压电路

在稳压电路中通常需要使用齐纳二极管，它是一种利用特殊工艺制造的面结型硅把半导体二极管，这种特殊二极管杂质浓度比较高，空间电荷区内的电荷密度大，容易形成强电场。当齐纳二极管两端反向电压加到某一值，反向电流急增，产生反向击穿。

（4）变容电路

在变容电路中常用变容二极管来实现电路的自动频率控制、调谐、调频以及扫描振荡等。

工业产品应用

经过多年来科学家们不懈努力，半导体二极管发光的应用已逐步得到推广，发光二极管广泛应用于各种电子产品的指示灯、光纤通信用光源、各种仪表的指示器以及照明。发光二极管的很多特性是普通发光器件所无法比拟的，主要具有特点有：安全、高效率、环保、寿命长、响应快、体积小、结构牢固。因此，发光二极管是一种符合绿色照明要求的光源。

发光二极管在很多领域得到普遍应用，下面介绍几点其主要应用：

（1）电子用品中的应用

发光二极管在电子用品中一般用作屏背光源或作显示、照明应用。从大型的液晶电视、电脑显示屏到媒体播放器MP3、MP4以及手机等的显示屏都将发光二极管用作屏背光源。

（2）汽车以及大型机械中的应用

发光二极管在汽车以及大型机械中得到广泛应用。汽车以及大型机械设备中的方向灯、车内照明、机械设备仪表照明、大前灯、转向灯、刹车灯、尾灯等都运用了发光二极管。主要是因为发光二极管的响应快、使用寿命长（一般发光二极管的寿命比汽车以及大型机械寿命长）。

（3）煤矿中的应用

由于发光二极管较普通发光器件具有效率高、能耗小、寿命长、光度强等特点，因此矿工灯以及井下照明等设备使用了发光二极管。虽然还未完全普及，但在不久将得到普遍应用，发光二极管将在煤矿应用中取代普通发光器件。

（4）城市的装饰灯

在当今繁华的商业时代，霓虹灯是城市繁华的重要标志，但霓虹灯存在很多缺点，比如寿命不够长等。因此，用发光二极管替代霓虹灯有着很多优势，因为发光二极管与霓虹灯相比除了寿命长，还有节能、驱动和控制简易、无需维护等特点。发光二极管替代霓虹灯将是照明设备发展的必然结果。

（1）按照国产半导体器件型号命名方法：二极管的型号命名由五个部分组成：主称、材料与极性、类别、序号和规格号（同一类产品的档次）。

1．反向饱和漏电流IR

指在二极管两端加入反向电压时，流过二极管的电流，该电流与半导体材料和温度有关。

2．额定整流电流IF

指二极管长期运行时，根据允许温升折算出来的平均电流值。目前大功率整流二极管的IF值可达1000A。

3. 最大平均整流电流IO

在半波整流电路中，流过负载电阻的平均整流电流的最大值。这是设计时非常重要的值。

4. 最大浪涌电流IFSM

允许流过的过量的正向电流。它不是正常电流，而是瞬间电流，这个值相当大。

5．最大反向峰值电压VRRM

即使没有反向电流，只要不断地提高反向电压，迟早会使二极管损坏。这种能加上的反向电压，不是瞬时电压，而是反复加上的正反向电压。因给整流器加的是交 流电压，它的最大值是规定的重要因子。最大反向峰值电压VRRM指为避免击穿所能加的最大反向电压。目前最高的VRRM值可达几千伏。

6. 最大直流反向电压VR

上述最大反向峰值电压是反复加上的峰值电压，VR是连续加直流电压时的值。用于直流电路，最大直流反向电压对于确定允许值和上限值是很重要的。

7．最高工作频率fM

由于PN结的结电容存在，当工作频率超过某一值时，它的单向导电性将变差。点接触式二极管的fM值较高，在100MHz以上；整流二极管的fM较低，一般不高于几千赫。

8．反向恢复时间Trr

当工作电压从正向电压变成反向电压时，二极管工作的理想情况是电流能瞬时截止。实际上，一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量，就是反向恢复时 间。虽然它直接影响二极管的开关速度，但不一定说这个值小就好。也即当二极管由导通突然反向时，反向电流由很大衰减到接近IR时所需要的时间。大功率开关管工作在高频开关状态时，此项指标至为重要。

9. 最大功率P

二极管中有电流流过，就会发热，而使自身温度升高。最大功率P为功率的最大值。具体讲就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流。这个极限参数对稳压二极管，可变电阻二极管显得特别重要。