PCB印刷电路板快速上手06二极管

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1.二极管

二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件。

二极管有两个电极，正极，又叫阳极；负极，又叫阴极，给二极管两极间加上正向电压时，二极管导通， 加上反向电压时，二极管截止。

二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开 。

二极管具有单向导电性能，导通时电流方向是由阳极通过管子流向阴极。

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 。

2.二极管特性

正向特性：

二极管的正向电压和正向电流之间的关系是非线性的。

当正向电压较小时，正向电流几乎为零，这个区域称为死区。

当正向电压超过一定值（硅二极管约为 0.6 - 0.7V，锗二极管约为 0.2 - 0.3V）后，正向电流随正向电压的增加而急剧增加。

反向特性：

二极管在反向电压作用下，反向电流很小。

但是当反向电压增大到一定程度时，反向电流会突然增大，这种现象称为反向击穿。

反向击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿。雪崩击穿是由于反向电场足够强，使得少数载流子获得足够的能量，与原子碰撞产生新的载流子，新载流子又去碰撞其他原子，像雪崩一样导致电流急剧增大。

齐纳击穿主要发生在高掺杂的二极管中，是由于强电场直接将共价键中的电子拉出来，形成大量载流子导致击穿。

3.二极管分类

3.1 普通二极管（整流二极管）

主要用于整流电路，将交流电转换为直流电。

例如，在常见的桥式整流电路中，四个整流二极管组成一个桥式结构，能够将输入的交流电整合成脉动直流电。

这种二极管一般工作频率不高，但是能够承受较大的电流和电压。

3.2 发光二极管（LED）

是一种能够将电能转换为光能的二极管。

它的发光原理是当电子与空穴复合时释放出能量，以光子的形式发出光。

LED 的发光颜色多样，包括红、绿、蓝等多种颜色。

在实际应用中，广泛用于指示灯，如电脑主机上的电源指示灯、硬盘指示灯等；也用于照明领域，LED 灯具具有节能、寿命长等优点；

还在显示屏中发挥重要作用，如户外大型显示屏、手机屏幕背光源等。

3.3 稳压二极管

它是利用二极管的反向击穿特性来实现稳压功能的。

在反向击穿状态下，只要通过稳压二极管的反向电流在一定范围内，其两端的电压基本保持不变。

例如，在一个简单的稳压电路中，稳压二极管与一个限流电阻串联，当输入电压波动时，稳压二极管能够保证输出电压的稳定。

3.4 肖特基二极管

这种二极管的特点是正向压降小（一般为 0.2 - 0.3V）、反向恢复时间短（可以达到纳秒级）。

由于这些特点，它在低压、高频的电路中应用广泛。

例如，在开关电源的输出整流电路中，肖特基二极管能够有效降低整流损耗，提高电源效率

4.二极管的主要参数

4.1 最大整流电流（IF）

这是指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。

如果超过这个电流，二极管可能会因为过热而损坏。

例如，一个最大整流电流为 1A 的二极管，在正常工作时，正向平均电流应该小于 1A。

4.2 最高反向工作电压（VRM）

它是指二极管在正常工作时所能承受的最大反向电压。

超过这个电压，二极管可能会发生反向击穿。

比如，一个最高反向工作电压为 100V 的二极管，在反向电压低于 100V 时能正常工作。

4.3 反向电流（IR）

在规定的反向电压和温度下，二极管的反向电流。

反向电流越小，二极管的单向导电性越好。

一般来说，硅二极管的反向电流比锗二极管小得多。

5.二极管的应用场景

电源整流：

如前面提到的，在各种电源设备中，将交流电转换为直流电。

除了常见的桥式整流电路，在一些简单的半波整流电路中，一个二极管就可以将交流电的正半周或负半周转换为直流电，虽然输出的直流电脉动较大，但在一些要求不高的场合仍然可以使用。

信号检测与限幅：

在信号处理电路中，二极管可以用来检测信号是否超过一定的电平。

例如，在音频电路中，二极管可以作为限幅器，防止音频信号的幅度超过一定值，从而保护后续的音频设备。

逻辑电路中的开关元件：

在数字电路中，二极管可以作为简单的开关元件。

当正向电压施加时，相当于开关闭合；当反向电压施加时，相当于开关打开。

不过，在现代数字电路中，主要是用晶体管作为开关元件，但二极管在一些简单的逻辑电路中仍然有应用。

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