二极管作用和参数选择

1、二极管主要作为实现电路中各种不同电性功能的元件。因此，二极管的选型要关注以下特性：

耐压，温度范围，元件封装形式与尺寸；

漏电流、ESR、散逸因数、阻抗/频率特性；

二极管的寿命；

实际需要、性能和成本等综合考量。

2、不同种类二极管的选用

检波二极管的选用

检波二极管一般可选用点接触型锗二极管，例如2AP系列等。选用时，应根据电路的具体要求来选择工作频率高、反向电流小、正向电流足够大的检波二极管。

整流二极管的选用

整流二极管一般为平面型硅二极管，用于各种电源整流电路中。选用整流二极管时，主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管，对截止频率的反向恢复时间要求不高，只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。例如，1N系列、2CZ系列、RLR系列等。开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管，应选用工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管（例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等）或选择快恢复二极管。

稳压二极管的选用

稳压二极管一般用在稳压电源中作为基准电压源或用在过电压保护电路中作为保护二极管。选用的稳压二极管，应满足应用电路中主要参数的要求。稳压二极管的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同，稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载电流50%左右。

开关二极管的选用

开关二极管主要应用于收录机、电视机、影碟机等家用电器及电子设备有开关电路、检波电路、高频脉冲整流电路等。中速开关电路和检波电路，可以选用2AK系列普通开关二极管。高速开关电路可以选用RLS系列、1SS系列、1N系列、2CK系列的高速开关二极管。要根据应用电路的主要参数（例如正向电流、最高反向电压、反向恢复时间等）来选择开关二极管的具体型号。

变容二极管的选用

选用变容二极管时，应着重考虑其工作频率、最高反向工作电压、最大正向电流和零偏压结电容等参数是否符合应用电路的要求，应选用结电容变化大、高Q值、反向漏电流小的变容二极管。

3、二极管的特点

3.1 主要类型基本结构和原理

晶体二极管为一个由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空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于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。当外界有正向电压偏置时，外界电场和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。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。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。

常用二极管的符号、结构和外形示意图

半导体二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由Ｐ区引出的电极称为阳极，Ｎ区引出的电极称为阴极。因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。二极管的种类很多，按材料来分，最常用的有硅管和锗管两种；按结构来分，有点接触型，面接触型和硅平面型几种；按用途来分，有普通二极管、整流二极管、稳压二极管等多种。

上图是常用二极管的符号、结构及外形的示意图。二极管的符号如上图（a）所示。箭头表示正向电流的方向。一般在二极管的管壳表面标有这个符号或色点、色圈来表示二极管的极性，左边实心箭头的符号是工程上常用的符号，右边的符号为新规定的符号。

从工艺结构来看，点接触型二极管（一般为锗管）如上图(b)其特点是结面积小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用高频电路的检波或小电流的整流，也可用作数字电路里的开关元件；面接触型二极管（一般为硅管）如上图(c)其特点是结面积大，结电容大，允许通过的电流较大，适用于低频整流；硅平面型二极管如上图(d)，结面积大的可用于大功率整流，结面积小的，适用于脉冲数字电路作开关管。二极管生产工艺流程简述：

1, 焊接：需要的设备有打引线机，装引线机，石墨盘，焊接炉

2，酸洗：酸洗机、点胶机、烘箱

3，成型：注塑模具、烘箱、冲压模具

4，电镀：电镀槽、烘箱

5，引直

6，测试包装：印字机、包装机或者一贯机

3.1.1 整流二极管

将交流电源整流成为直流电流的二极管叫作整流二极管，它是面结合型的功率器件，因结电容大，故工作频率低。通常，IF在1安以上的二极管采用金属壳封装，以利于散热；IF在1安以下的采用全塑料封装（见下图）由于近代工艺技术不断提高，国外出现了不少较大功率的管子，也采用塑封形式。下图为整流二极管结构：

3.1.2 开关二极管

在脉冲数字电路中，用于接通和关断电路的二极管叫开关二极管，它的特点是反向恢复时间短，能满足高频和超高频应用的需要。开关二极管有接触型，平面型和扩散台面型几种，一般IF＜500毫安的硅开关二极管，多采用全密封环氧树脂，陶瓷片状封装，如图下图所示，引脚较长的一端为正极。

3.1.3 稳压二极管

稳压二极管是由硅材料制成的面结合型晶体二极管，它是利用PN结反向击穿时的，电压基本上不随电流的变化而变化的特点，来达到稳压的目的，因为它能在电路中起稳压作用，故称为稳压二极管（简称稳压管）其图形符号见下图。

稳压管的伏安特性曲线如下图所示，当反向电压达到Vz时，即使电压有一微小的增加，反向电流亦会猛增（反向击穿曲线很徒直）这时，二极管处于击穿状态，如果把击穿电流限制在一定的范围内，管子就可以长时间在反向击穿状态下稳定工作。稳压管的伏安特性如下图：

3.1.4 TVS二极管TVS（Transient Voltage Suppresser瞬态电压抑制器）二极管和MLV(Multi-LayerVaristor，多层变阻器)等ESD保护器是近几年发展起来的一种固态二极管，专门用于ESD 保护。TVS 二极管是和被保护电路并联的，当瞬态电压超过电路的正常工作电压时，二极管发生雪崩，为瞬态电流提供通路，使内部电路免遭超额电压的击穿或超额电流的过热烧毁。由于TVS二极管的结面积较大，使得它具有泄放瞬态大电流的优点，具有理想的保护作用。改进后的TVS 二极管还具有适应低压电路（＜5 V）的特点，且封装集成度高，适用于在印制电路板面积紧张的情况下使用。很低的箝位电压,经过多次ESD过程后不会劣化.这些特点决定了它有广泛的适用范围，尤其在高档便携设备的接口电路中有很好的使用价值。由于TVS响应时间远小于1ns,能够迅速地将ESD故障电流放电到接地端，而且其漏电流和结电容都很低，要测量其响应就要用快速脉冲发生器-TLP 脉冲发生器。下图是其测试的特性图。

瞬态电压抑制器（Transient Voltage Suppressor）简称TVS，是一种二极管形式的高效能保护器件，有的文献上也为TVP、AJTVS、SAJTVS等。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。由于它具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点，目前已广泛应用于计算机系统、通讯设备、电源、家用电器等各个领域。具体有以下三大特点：

a、将TVS二极管加在信号及电源线上，能防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲，如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。

b、静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲，并能持续10ms；而一般的TTL器件，遇到超过30ms的10V脉冲时，便会导至损坏。利用TVS二极管，可有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并能消除由总线之间开关所引起的干扰（Crosstalk）。

c、将TVS二极管放置在信号线及接地间，能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。

3.1.5 肖特基二极管

肖特基二极管也称肖特基势垒二极管（简称SBD），是由金属与半导体接触形成的势垒层为基础制成的二极管，其主要特点是正向导通压降小（约0.45V），反向恢复时间短和开关损耗小，是一种低功耗、超高速半导体器件，广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等电路，作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管使用，或在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。肖特基二极管在结构原理上与PN结二极管有很大区别，它的内部是由阳极金属（用钼或铝等材料制成的阻挡层）、二氧化硅（SiO2）电场消除材料、N-外延层（砷材料）、N型硅基片、N+阴极层及阴极金属等构成，如下图所示。在N型基片和阳极金属之间形成肖特基势垒。当在肖特基势垒两端加上正向偏压（阳极金属接电源正极，N型基片接电源负极）时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小；反之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则变宽，其内阻变大。下图为肖特基二极管的结构：

肖特基二极管存在的问题是耐压比较低，反向漏电流比较大。目前应用在功率变换电路中的肖特基二极管的大体水平是耐压在150V以下，平均电流在100A以下，反向恢复时间在10～40ns。肖特基二极管应用在高频低压电路中，是比较理想的。

3.1.6 变容二极管

用于自动频率控制（AFC）和调谐用的小功率二极管称变容二极管。变容二极管是利用PN结的电容随外加偏压而变化这一特性制成的非线性电容元件，被广泛地用于参量放大器，电子调谐及倍频器等微波电路中，变容二极管主要是通过结构设计及工艺等一系列途径来突出电容与电压的非线性关系，并提高Q值以适合应用。通过施加反向电压，使其PN结的静电容量发生变化。因此，变容二极管被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常，虽然是采用硅的扩散型二极管，但是也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管，因为这些二极管对于电压而言，其静电容量的变化率特别大。结电容随反向电压VR变化，取代可变电容，用作调谐回路、振荡电路、锁相环路，常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路，多以硅材料制作。

变容二极管的结构与普通二极管相似，其符号如下图所示：

3.1.7 阶跃恢复二极管

阶跃恢复二极管是一种特殊的变容管，也称作电荷储存二极管，简称阶跃管，它具有高度非线性的电抗，应用于倍频器时代独有的特点，利用其反向恢复电流的快速突变中所包含的丰富谐波，可获得高效率的高次倍频，它是微波领域中优良的倍频元件。

阶跃管的特性是建立在PN结杂质的特殊分布上，和变容管相似，阶跃管的符号如图9所示，它的直流伏安特性与一般PN结构相同。阶跃恢复二极管的图形符号如下图所示：

阶段管的特点是：当处于导通状态的二极管突然加上反向电压时，瞬间反向电流立即达到最值IR，并维持一定的时间ts，接差又立即恢复到零，电流和时间的关系见下图所示：

3.2 特点

各种类型二极管的结构不同决定了有各自不同的特点：

整流二极管单向导电性，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；

限幅二极管正向压降基本保持不变，可以把信号幅度限制在一定范围内；

检波二极管的检波特点，还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路；

稳压二极管方向击穿电压恒定，且击穿后可恢复，可以实现稳压电路；

肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件

3.3 主要参数及其特点

3.3.1 型号规格表示方法

国产二极管的型号命名及含义：

国家标准国产二极管的型号命名分为五个部分，各部分的含义如下：

第一部分，主称：用数字“2”表示主称为二极管。

第二部分，材料与极：用字母表示二极管的材料与极性。

第三部分，类别：用字母表示二极管的类别。

第四部分，序号：用数字表示序号。

第五部分，规格号：用字母表示二极管的规格号。

用数字表示同一类别产品序号，用字母表示产品规格、档次

2 二极管 A N型锗材料 P 小信号管（普通管）

W 电压调整管和电压基准管（稳压管）

L 整流堆

B P型锗材料N 阻尼管

Z 整流管

U 光电管

C N型硅材料K 开关管

B或C 变容管

V 混频检波管

D P型硅材料JD 激光管

S 遂道管

CM 磁敏管

E 化合物材料H 恒流管

Y 体效应管

EF 发光二极管

3.3.2 二极管的伏安特性

二极管的电流与电压的关系曲线I = f（V），称为二极管的伏安特性。其伏安特性曲线如图11所示。二极

管的核心是一个PN结，具有单向导电性，其实际伏安特性与理论伏安特性略有区别。由下图可见二极管的伏安特性曲线是非线性的，可分为三部分：正向特性、反向特性和反向击穿特性。

正向特性

当外加正向电压很低时，管子内多数载流子的扩散运动没形成，故正向电流几乎为零。当正向电压超过一定数值时，才有明显的正向电流，这个电压值称为死区电压，通常硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.2V，当正向电压大于死区电压后，正向电流迅速增长，曲线接近上升直线，在伏安特性的这一部分，当电流迅速增加时，二极管的正向压降变化很小，硅管正向压降约为0.6～0.7V ，锗管的正向压降约为0.2～0.3V。二极管的伏安特性对温度很敏感，温度升高时，正向特性曲线向左移，如图11所示，这说明，对应同样大小的正向电流，正向压降随温升而减小。研究表明，温度每升高10C ，正向压降减小2mV。

反向特性

二极管加上反向电压时，形成很小的反向电流，且在一定温度下它的数量基本维持不变，因此，当反向电压在一定范围内增大时，反向电流的大小基本恒定，而与反向电压大小无关，故称为反向饱和电流，一般小功率锗管的反向电流可达几十μA，而小功率硅管的反向电流要小得多，一般在0.1μA以下，当温度升高时，少数载流子数目增加，使反向电流增大，特性曲线下移，研究表明，温度每升高100C，反向电流近似增大一倍。

反向击穿特性

当二极管的外加反向电压大于一定数值（反向击穿电压）时，反向电流突然急剧增加称为二极管反向击穿。反向击穿电压一般在几十伏以上。

3.3.3 最大整流电流

IDM指的是二极管长期工作时，允许通过的最大的正向平均电流。在使用时，若电流超过这个数值，将使ＰＮ结过热而把管子烧坏。

3.3.4 最高反向工作电压

VRM是指管子不被击穿所允许的最大反向电压。一般这个参数是二极管反向击穿电压的一半，若反向电压超过这个数值，管子将会有击穿的危险。

3.3.5反向电流

IRM是指二极管加反向电压VRM时的反向电流值，IRM越小二极管的单向导电性愈好。IRM受温度影响很大，使用时要加以注意。硅管的反向电流较小，一般在几微安以下，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。

3.3.6最高工作频率

二极管在外加高频交流电压时，由于ＰＮ结的电容效应，单向导电作用退化。?M指的是二极管单向导电作用开始明显退化的交流信号的频率。

3.3.7 使用温度范围

即二极管能够稳定工作的温度范围，目前常见的低温极限值大致有-55℃，-40℃，-25℃几种，高温

极限值大致有85℃，105℃,125℃，130℃等几种。

3.3.8 使用寿命

使用寿命（也定义为服务寿命及操作寿命）定义为二极管不超过指定失效率的可以达到的寿命。使用寿命是应用使用经验以及加速老化试验来得到的。如果负载低于额定值，使用寿命可以得到延长（比如低的工作电压，电流及环境温度），适当的散热措施也可以延长使用寿命。

3.3.9 其他

除了上述的电性参数外，二极管还有存储温度、气候条件、温湿循环、引线强度、可焊性等可靠性项目。

3.4 二极管的频率及温度特性

3.4.1温度特性

温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加8℃，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加12℃，反向电流大约增加一倍。另外，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加1℃，正向压降VD大约减小2 mV，即具有负的温度系数。这些可以从下图所示二极管的伏安特性曲线上看出。

下面以特定的二极管为例说明二极管不同温度下的阻抗随着电压变化的转换特性。不同温度下，二极管的阻抗随着电压的增加而增加。下图为温度、电压转换阻抗特性

3.4.2 频率响应特性

随着频率的逐渐增加，到达一定极限时，二极管的可规范化参数迅速减低。直至为零。说明二极管失效。二极管只能在特定的频率下正常工作。下图为二极管-频率响应特性曲线：

3.4.3 温度正向电压和电流特性

在不同的温度条件下，在一定起始电压下。随着二极管的正向电压的增加，正向电流迅速增加到一定值。下图为二极管温度电压，电流特性曲线图：

4. 封装

二极管器封装按用途方式分类有以下几种：开关二极管，整流二极管，快恢复二极管，稳压二极管，肖基特二极管，变容二极管等；各类二极管的形状和封装如下所示：

常见贴片二极管的封装如下表：