1 二极管基础知识储备

1.1 半导体

导电性能介于导体与绝缘体之间的材料称为半导体，常见半导体材料有硅、锗等

1.1.1 特性

• 掺杂性：向纯净半导体中掺入少量某些物质，半导体导电性大大增强
• 热敏性：温度上升，导电性增强
• 光敏性：光线照射半导体，导电性显著增强

1.1.2 类型

• 本征半导体：纯净的半导体，导电能力很弱
• N型半导体：向纯净半导体掺入五价杂质（核外有5个电子的物质，如：磷）后，半导体携带 的电子数偏多
• P型半导体：向纯净半导体掺入三价杂质（如：硼）后，半导体携带的电子数偏少，空穴（看作是正电荷）偏多

【巧记】：N型为negative（负的），电子多；P型为positive（正的）， 空穴多

1.2 二极管简介

1.2.1 构成

当P型半导体和N型半导体结合在一起时，P型半导体中的正电荷向N型半导体中扩散，同时，N型半导体中的负电荷也在向P型半导体中扩散，两者之间就会形成一个叫PN结的薄层

1.2.2 性质

① 单向导电性

② 伏安特性曲线

如图所示，第一象限内的曲线表示二极管的正向特性；第三象限内的曲线表示二极管的反向特性

• 正向特性：二极管两端电压小于正向导通电压UA（又称阈值电压，不同材料的二极管，其阈值电压不同，硅材料二极管的门电压为0.5～0.7V，锗材料二极管的门电压为0.2～0.3V。）时，流经的电流很小，可以看成不导通，超过导通电压UA时，电流急剧增大，二极管导通
• 反向特性：加较低的反向电压时不能导通，但反向电压超过反向击穿电压时，二极管会被击穿而导通

1.2.3 主要参数

① 最大整流电流

二极管长时间使用时允许流过的最大正向平均电流称为最大整流电流，或称为二极管的额定工作电流。当流过二极管的电流大于最大整流电流时，二极管容易被烧坏。二极管的最大整流电流与PN 结面积、散热条件有关。

② 最高反向工作电压

最高反向工作电压是指二极管正常工作时两端能承受的最高反向电压。最高反向工作电压一般为反向击穿电压的一半。

③ 最大反向工作电流

最大反向电流是指二极管两端加最高反向工作电压时流过的反向电流。该值越小，表明二极管的单向导电性能越佳。

④ 最高工作频率

最高工作频率是指二极管在正常工作条件下的最高频率。如果加给二极管的信号频率高于该频率，二极管将不能正常工作。 最高工作频率的大小通常与二极管的PN结面积有关，PN结面积越大， 最高工作频率越低，

1.2.4 极性的判断

① 封装

如图所示左上方的二极管表面标有二极管符号，其中三角形端对应的电极为正极，另一端为负极；左下方的二极管标有白色圆环的一端为负极；右方的二极管金属螺栓为负极，另一端为正极。

② 万用表

万用表选择二极管档，然后将红、黑表笔分别接被测二极管的两极，正、反各测一次，测量中会出现一次显示“1”，另一次显示100～800的数字，以显示100～800数字的那次测量为准，红表笔接的为二极管的正极，黑表笔接的为二极管的负极。在图中，显示“1”表示二极管未导通，显示“585”表示二极管已导通，并且二极管当前的导通电压为585mV（即0.585V）。

1.2.5 二极管故障检测

二极管具有正向电阻小，反向电阻很大的特点

二极管的常见故障有开路、短路和性能不良。

• 若测得二极管正、反向电阻均为0Ω，说明二极管短路。
• 若测得二极管正、反向电阻均为∞，说明二极管开路。
• 若测得正、反向电阻的差距小（即正向电阻偏大，反向电阻偏小），说明二极管性能不良。

2 常见二极管的分类

2.1 整流二极管

功能：将交流电转换成直流电

核心还是二极管的单向导电性，交流电0轴以上部分导通，0轴以下部分不导通

2.1.1 整流桥

整流桥又称整流桥堆，它内部含有多个整流二极管，整流桥有半桥和全桥之分

① 整流半桥

半桥内部有两个二极管，根据二极管连接方式不同，可分为共阴极半桥、共阳极半桥和独立二极管半桥，共阴极半桥、共阳极半桥有3个引脚，独立二极管半桥有 4 个引脚

**② 整流全桥

全桥内部有4个整流二极管，即有4个引脚，标有“～”的两个引脚为交流电压输入端，标有“+”和“−”的分别为直流电压“+”和“−”输出端

2.2 开关二极管

二极管具有导通和截止两种状态，对应着开关的“ 开（接通） ” 和 “ 关（断开） ” 两种状态。当二极管加正向偏压时，正极电压高于负极电压，二极管导通，相当于开关闭合；当二极管加反向偏压时，正极电压低于负极电压，二极管截止，相当于开关闭合。

最常用的开关二极管有 1N4148 、 1N4448

① 特点

在开关进行开、关状态切换时，需要一定的切换时间，同样，二极管由一种状态转换到另一种状态也需要一定的时间，二极管从导通状态转换到截止状态所需的时间称为反向恢复时间，二极管从截止状态转换到导通状态所需的时间称为正向开通时间，二极管的反向恢复时间要远大于正向开通时间，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。

② 分类

• 普通开关二极管
• 高速开关二极管：高速开关二极管较普通开关二极管的反向恢复时间更短，开关频率更快。
• 超高速开关二极管
• 低功耗开关二极管：功耗较低，但其零偏压电容和反向恢复时间值均较高速开关二极管低
• 高反压开关二极管：反向击穿电压均在 220V 以上，但其零偏压电容和反向恢复时间值相对较大
• 硅电压开关二极管：硅电压开关二极管是一种新型半导体器件，有单向电压开关二极管和双向电压开关二极管之分，主要应用于触发器、过电压保护电路、脉冲发生器及高压输出、延时、电子开关等电路。单向电压开关二极管也称转折二极管，其正向为负阻开关特性（即当外加电压升高到正向转折电压值时，开关二极管由截止状态变为导通状态，即由高阻转为低阻），反向为稳定特性；双向电压开关二极管的正向和反向均具有相同的负阻开关特性。

2.3 稳压二极管

稳压二极管又称齐纳二极管或反向击穿二极管，在电路中起稳压作用

①稳压原理

在电路中，稳压二极管可以稳定电压。要让稳压二极管起稳压作用，需将它反接在电路中（即稳压二极管的负极接电路中的高电位，正极接低电位），当外加电压低于稳压二极管的稳压值时，稳压二极管不能导通，无稳压功能；当外加电压高于稳压二极管的稳压值时，稳压二极管反向击穿，两端电压保持不变，大小等于稳压值（注：为了保护稳压二极管并使它有良好的稳压效果，需要给稳压二极管串接限流电阻）

②主要参数

• 稳定电压：稳压二极管工作在反向击穿状态时两端的电压值
• 最大稳定电流：稳压二极管正常工作时所允许通过的最大电流
• 最大耗散功率：稳压二极管通过反向电流时允许消耗的最大功率，它等于稳定电压和最大稳定电流的乘积

2.4 变容二极管

变容二极管在电路中可以相当于电容，并且容量可调

①工作原理

变容二极管与普通二极管一样，加正向电压时导通，加反向电压时截止。在变容二极管两端加反向电压时，其除了截止外，还可以视为电容

加正向电压：

当变容二极管两端加正向电压时，其内部的PN结变薄，如下图所示，当正向电压达到导通电压时，PN结消失，它对电流的阻碍消失，变容二极管像普通二极管一样正向导通。

加反向电压：

当变容二极管两端加反向电压时，其内部的PN结变厚，如下图所示，PN结阻止电流通过，故变容二极管处于截止状态。反向电压越高，PN结越厚。PN结阻止电流通过，相当于绝缘介质，而P型半导体和N型半导体分别相当于两个极板，也就是说处于截止状态的变容二极管内部会形成电容的结构，这种电容称为结电容

变容二极管加反向电压时可以相当于电容器，当反向电压改变时，其容量就会发生变化

②主要参数

• 结电容：两端加一定反向电压时变容二极管PN结的容量
• 结电容变化范围：变容二极管的反向电压从 0V 开始变化到某一电压值时，其结电容的变化范围
• 最高反向电压：变容二极管正常工作时两端允许施加的最高反向电压值

2.5 肖特基二极管

① 特点

肖特基二极管又称肖特基势垒二极管（SBD），肖特基二极管是一种低功耗、大电流、超高速的半导体整流二极管，其工作电流可达几千安，而反向恢复时间可短至几纳秒，二极管的反向恢复时间越短，从截止转为导通的切换速度就越快，普通整流二极管的反向恢复时间长，无法在高速整流电路中正常工作；肖特基二极管的缺点是反向耐压低，一般在 100V 以下，因此不能用在高电压电路中

② 应用

由于肖特基二极管的导通、截止状态可高速切换，故主要用在高频电路中。由于面接触型的肖特基二极管工作电流大，故变频器、电动机驱动器、逆变器和开关电源等设备中的整流二极管、续流二极管和保护二极管常采用面接触型的肖特基二极管；对于点接触型的肖特基二极管，其工作电流稍小，常在高频电路中用于检波或小电流整流

2.6 快恢复二极管

①特点

快恢复二极管是一种反向工作电压高、工作电流较大的高速半导体二极管，其反向击穿电压可达几千伏，反向恢复时间一般为几百纳秒

②应用
快恢复二极管广泛应用于开关电源、 不间断电源、变频器和电动机驱动器中，主要用于高频、高压和大电流整流或续流

③ 与肖特基的区别

• 快恢复二极管的反向恢复时间为几百纳秒；肖特基二极管更快，可达几纳秒
• 快恢复二极管的反向击穿电压高，肖特基二极管的反向击穿电压低
• 快恢复二极管的功耗较大，肖特基二极管功耗相对较小

因此，

快恢复二极管主要用在高电压、小电流的高频电路中，

肖特基二极管主要用在低电压、大电流的高频电路中