常见的九种二极管

常见的九种二极管

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/a13126099303/article/details/139917252

二极管是电子工程中最基本的半导体器件之一，广泛应用于各种电路中。本文详细介绍了九种常见的二极管类型及其工作原理、应用领域。

常见的九种二极管

工作状态：

• 正向偏置：普通（整流）二极管，恒流二极管，变容二极管，发光二极管（LED），肖特基二极管，快恢复二极管（FRD）
• 反向偏执：齐纳（稳压）二极管，瞬态电压抑制二极管（TVS），光电二极管（LED）

1. 普通二极管

硅二极管：

• 主要应用于整流电路、电压稳定器、电压限制器、振荡电路等。
• 正向压降低、反向击穿电压高、温度系数小。
• 正向压降大约0.6~0.7V.

锗二极管：

• 适用于高频放大电路、调制解调电路、检波电路等。
• 正向压降低、反向击穿电压低、温度系数大。
• 正向压降大约0.2~0.3V.
• 也称为整流二极管，主要用于将交流电转换为直流电。
• 它们通常用于电源适配器和充电器中，以将交流输入转换为直流输出。
• 各项指标都中规中矩，并且常用，廉价
• 应用：主要用于整流，即将交流电转换为直流电。它们也用于信号的检波和限幅等。
• 例如：硅整流器

2. 光电二极管（LED）

• 也称为光敏二极管，能够将光信号转换为电信号。
• 原理：当光线照射到光电二极管上时，会产生电流，常用于光传感器和光隔离器中。
• 应用：除了作为光源外，LED还用于光通信、光隔离、光耦合器以及各种显示和指示灯。
• 例如：数字显示器、交通信号灯。

3. 变容二级管

• 又称：可变电容二极管。
• 左边为新电路符号，右边为旧电路符号。
• 原理：它的电容量会随着反向偏置电压的变化而变化。
• 通过控制耗尽层的厚度来控制二极管结电容的大小
• 应用：主要用于无线电调谐电路中，作为可变电容器使用，改变其反向偏置电压可以改变其电容值。
• 例子：调频收音机的调谐电路，手机等通讯设备。

4. 发光二极管

• 不同颜色的发光二极管，压降也不一样
• 原理：可以将电能转化成光能。
• 应用：应用于各种显示设备。
• 如电视、电脑、手机的显示屏。也用于指示灯和大型室外显示屏。

5. 恒流二极管

• 内部结构：
• V-A特性曲线：
• 原理：恒流二极管具有正向压降恒定的特性，可以用来维持通过它的电流恒定。
• 应用：用于稳定电流，确保电路中的电流保持恒定。
• 例如：电源供应单元、LED驱动电路，在需要电流限制的电路设计中，主要在LED驱动器中用于维持恒定的电流输出。

6. 快恢复二极管（FRD）

• 电路符号：（与普通二极管一致）
• 原理：
• 快速恢复二极管 采用的是
• PIN结构
• 通过人工扩展PN结的势垒区，抑制了载流子扩散，大幅降低结电容。
• PIN结快恢复二极管有效作用区，是存在电场的I型层（势垒区）
• 电流：当正向偏置时，P型和N型材料中的载流子（分别为空穴和电子）会注入到I型层，形成电流
• P型材料：富含空穴，是正电荷载流子。
• N型材料：富含电子，是负电荷载流子。
• I型材料（本征层）：掺杂程度相对较低，自由载流子数量较少。
• 在正向偏置时，P型和N型材料之间的电场驱使空穴和电子穿过I型层，形成电流。
• 当反向偏置时，由于I型层的低掺杂特性，能快速清除掉存储的载流子，使二极管迅速转换为高阻态，减少了反向恢复时间。
• PIN结构的设计使得二极管在高频应用中表现出色，允许电流快速通过同时又能在反向偏置时迅速切断电流
• 对于需要快速开关的电路非常重要，减少了能量损耗并提高了效率。
• 应用：用于高频开关电路，具有快速的开关速度，应用于开关电源、PWM控制器等高频操作的电子设备。
• 例如：逆变器，电源变换器，开关电源、变频器。
• 快恢复二极管特性：（比较肖特基二极管）
• PIN结结构
• 反向恢复时间MAX：100ns
• 反向耐压高，1000V以上
• 擅长领域：高频，高压

7. 肖特基二极管

• 电路符号：
• 肖特基二极管在正向偏置时导通，以其低正向电压降和快速开关特性而闻名。
  
• 原理：
• 知周所众，给二极管加加反向电压的瞬间是会有反向电流的
• 其恢复到电流截止时间称为
• 反向恢复时间
• 此时间内存在的电流称为
• 反向恢复电流
• `
• **在面对一个频率50Hz的正负交替脉冲信号
• 周期T=1/50s = 20ms = 20000us，每个负脉冲长达10000us，而其反向恢复时间仅为2us。
• 这期间，二极管虽经历从导通到关断，但这一转换时间几乎可以忽略不计。因此，二极管能够近乎完美地展现其单向导电性。**
• **但是，如果外加的是高频电压，例如25wHz的正负交替脉冲信号
• 周期T=1/250000s = 4us，每个负脉冲为2us，而其反向恢复时间也是2us
• 此时，脉冲信号的正负半周都可以通过二极管，二极管就是去单向导电性**
  
• 由于这个缺陷，肖特基二极管应运而生，其反向恢复时间的达到10ns，即便在高频信号下，肖特基二极管依旧能实现其单向导电性
• 而且，肖特基二极管的管压降也比普通二极管低
  
• **归根到底，是肖特基二极管独特的
• “金属-N”结构**
• “金属-N”结构
• ，N型半导体的电子浓度高，金属的电子浓度低，容易发生扩散现象，在边界处形成肖特基势垒
• **反向恢复时间短：
• 1、肖特基内部都是电子，故基本不存在扩散现象；
• 2、在边界处形成的肖特基势垒很窄，导致势垒小，
• 3、外加反向电压时，可以很快的从导通到关断**
• 应用：由于其低功耗，其低正向电压降和快速开关特性，常用于高频应用和整流器。
• 例子：开关电源、振荡器、整流器，太阳能电池板，电源管理电路。CPU的供电电路。
• 利弊：
• **肖特基势垒很窄，其优点是使得反向回复时间很短
• 但是同样也是一个致命的缺点，反向漏电流会比较大，而且反向耐压性相对较低
• 为此可以对比
• 快恢复二极管（FRD）**
• 肖特基二极管特性：（比较快恢复二极管）
• “金属-N”结结构
• 反向恢复时间MAX：10ns****
• 反向耐压低，100V左右
• 擅长领域：超高频，低压

8. 瞬态电压抑制二极管(TVS)

• 电路符号：
• 原理：
  
• 平时正常输入5V电压时，TVS阻值非常大，高达几百万欧姆！
• 此时TVS就相当于开路！
• 当有尖峰电压时，TVS就只有0.5欧姆
• 此时TVS就相当于短路，电压尖峰的能量都通过TVS流向了负极，保护了后方电路
  
• 应用：用于保护电路免受瞬态过电压的损害，如静电放电或雷击。
• 例子：电子设备的保护电路。

9. 齐纳二极管（稳压）

• 电路符号：
• 原理：反向偏置下，电压恒定，电流变化不影响对电压的影响微小
  
• 应用：用于提供稳定的参考电压，常用于电压稳定和电压参考。
• 例子：稳压电路、电压参考电路，在电子设备的过压保护中。
• 可调电源应用原理：
  

PS：热击穿 & 齐纳击穿 & 雪崩击穿

热击穿

• 原理：热击穿是一种在半导体器件中发生的不可逆的损坏现象。当半导体器件承受的电压和流过的电流产生的功率超过器件允许的耗散功率时，会产生大量热量，器件无法有效散热，导致温度上升，最终破坏器件的PN结或材料结构。这种现象通常发生在PN结二极管中，尤其是在反向偏置条件下。
• 特点：这是一种不可逆的过程，因为器件内部结构已经因高温而损坏。

齐纳击穿

• 原理：在高反向电压作用下，当电场强度足够大时，高电场会使电子获得足够的能量，从价带直接跃迁到导带，产生大量的电子-空穴对，从而导致电流急剧增加。这种击穿通常在特定的反向电压（齐纳电压）下发生，且一旦击穿，即使增加反向电压，导致电流急剧增加。
• 特点：通常发生在窄禁带半导体中，如硅。是可逆的，只要反向电压不超出最大值，器件不会损坏。
• 应用：常用于齐纳二极管，作为稳压元件，在固定电压下提供稳定的参考电压。

雪崩击穿

• 原理：高反向电压作用下，电子和空穴在电场中加速，通过碰撞原子使价电子激发到导带，产生次级电子-空穴对，导致电流急剧增加。
• 雪崩击穿是这样产生的：假设少数导带电子从外部电源获得足够大的能量，从而加速它向二极管正极快速运动。在它的运动过程中，它碰撞一个原子并给予这个原子足够的能量使得一个价电子进人导带。这时，就有两个导带电子。每个导带电子又去碰撞原子，使得又有两个价电子被撞入导带。这时，就有4个导带电子。接着，这4个导带电子又撞击4个价电子使它们进人导带。导带电子这种快速的倍增称为雪崩效应，雪崩效应使得反向电流急剧增大
• 特点：通常发生在宽禁带半导体中，如实心半导体。是可逆的，但通常在比齐纳击穿更高的反向电压下发生。
• 应用：可用于雪崩二极管，用于高电压应用，如电压调节和保护电路。

不同点

1. 材料差异：齐纳击穿多发生在窄禁带材料中，而雪崩击穿多发生在宽禁带材料中。
2. 电压阈值：齐纳击穿发生在较低的反向电压下，雪崩击穿则在较高电压下。
3. 温度影响：热击穿与器件温度有关，而齐纳击穿和雪崩击穿主要与电压有关。
4. 可逆性：热击穿通常是不可逆的，而齐纳击穿和雪崩击穿在一定条件下是可逆的。

相同点

1. 电压作用：三者都与反向电压有关。
2. 电流急剧增加：在击穿瞬间，电流都会急剧上升。