最强总结：二极管及八大电路保护

作为一名电子工程师，我们必须非常精通电路，但至少我们可以理解电路和电路保护设备的作用。当客户提出保护要求时，应及时提出有效、实施的整改意见。

电路保护元件应用广泛，只要有电，就有必要安装电路保护元件，如各种家用电器、家庭视听和数字产品、个人护理消费电子产品、计算机及其周边、手机及其周边、照明、医疗电子、汽车电子、电力、工业设备等，涵盖人们生产生活的各个方面。

电路保护主要有两种形式：过压保护和过流保护。选择合适的电路保护装置是实现高效可靠的电路保护设计的关键。当涉及到电路保护装置的选择时，我们必须了解每个电路保护装置的作用。在选择电路保护装置时，我们应该知道保护电路不应干扰受保护电路的正常行为。此外，还必须防止任何电压瞬态引起的重复或非重复不稳定行为。

防雷过压器件分为钳位过压器件和开关过压器件。开关过压器件是著名的防雷器件：陶瓷气体放电管、半导体放电管和玻璃放电管；钳位过压器件有瞬态抑制二极管、压敏电阻、贴片压敏电阻和 ESD 放电二极管；过流器件为 PTC 元件自恢复保险丝为主，具体功能如下：

1.放电管的作用：放电管常用于多级保护电路的第一级或前两级，发挥暂态过电流和过电压限制的作用。放电管通过将电压限制在较低的水平来发挥保护作用。硕凯电子放电管分为气体放电管和固体放电管。气体放电管主要为陶瓷气体放电管和玻璃气体放电管。在具体应用中，工程师需要根据产品应用端口的保护等级和相关选择参数来确定放电管的类型和型号。

2.瞬态抑制二极管的作用：瞬态抑制二极管可以将两极之间的高阻抗转化为低阻抗，吸收数千瓦的浪涌功率，使两极之间的电压位于预定值，有效保护电子线路中的精密元件免受各种浪涌脉冲的损坏。

3.压敏电阻的作用：压敏电阻是一种限压保护装置。压敏电阻的非线性特性主要用于电路保护。当过电压出现在压敏电阻的两极之间时，压敏电阻可以将电压钳位置到相对固定的电压值，以保护后电路。

4.贴片压敏电阻的作用:贴片压敏电阻主要用于保护元件和电路，防止电源供应、控制和信号线产生 ESD。

5．ESD 静电放电二极管的作用：ESD 静电放电二极管是一种过压防静电保护元件，用于高速数据传输I/O 端口保护设计的设备。ESD 防护装置用于防止电子设备中的敏感电路受到 ESD(静电放电)的影响。具有优异传输线脉冲的电容非常低（TLP）测试， IEC6100-4-2 测试能力，特别是在多采样数高达 1000 后，进而提高对敏感电子元件的保护。

6．PTC 自恢复保险丝的作用：当电路正常工作时，其电阻值非常小（压降非常小）。当电路过流使其温度升高时，电阻值急剧增加几个数量级，将电路中的电流降低到安全值以下，以保护后电路。当故障排除时，PPTC 元件迅速冷却，回到原来的低电阻状态，就像一个新的 PPTC 元件可以重新工作。

7．电感的作用：电磁的关系相信大家都清楚，电感的作用就是在电路刚开始的时候，一切还不稳定的时候，如果电感中有电流通过，就一定会产生一个与电流方向相反的感应电流（法拉第电磁感应定律），等到电路运行了一段时间后，一切都稳定了，电流没有什么变化了，电磁感应也就不会产生电流，这时候就稳定了，不会出现突发性的变故，从而保证了电路的安全，就像水车，一开始由于阻力转动的比较慢，后来慢慢趋于平和。电感还有一个作用就是通直流，阻交流，这个用的不多，我也不太清楚具体怎么用，等用到了再和大家分享

8.磁珠的功能：磁珠具有较高的电阻率和磁导率。它等同于电阻和电感系列，但电阻值和电感值随频率而变化。它比普通电感具有更好的高频滤波特性，在高频时具有电阻，因此可以在相当宽的频率范围内保持较高的电阻，从而提高以太网芯片中使用的调频滤波效果。

我们来谈谈二极管的基本知识

二极管的特性及应用

几乎所有的电子电路都使用半导体二极管，它在许多电路中起着重要的作用。它是最早的半导体设备之一，应用广泛。

二极管的应用

1、二极管整流

采用二极管单向导电，可将方向交替变化的交流电转化为单向脉动直流电。

2.开关元件

二极管在正电压下电阻很小，处于导通状态，相当于开关；在反向电压下，电阻很大，处于截止状态，就像断开的开关一样。利用二极管的开关特性，可以形成各种逻辑电路。

3、限幅元件

二极管正向导通后，其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，可以将信号范围限制在一定范围内。

4、继流二极管

继流作用于开关电源的电感和继电器等感性负载。

5、检波二极管

在收音机中起检波作用。

6、变容二极管

用于电视的高频头。

二极管的工作原理

晶体二极管由 p 型半导体和 n 形成的 型半导体p-n 结在界面两侧形成空间电荷层，并建立自建电场。当没有外部电压时，因为 p-n 两侧载流子浓度差引起的扩散电流等于自建电场引起的漂移电流。当外部有正电压偏置时，外部电场和自建电场的相互抑制会增加载流子的扩散电流，导致正电流。当外部有反向电压偏置时，外部电场和自建电场进一步加强，在一定的反向电压范围内形成与反向偏置电压值无关的反向饱和电流 I0.当外加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。

二极管类型

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)。根据其不同的用途，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、发光二极管等。根据管芯结构，可分为点接触二极管、表面接触二极管和平面二极管。点接触二极管是非常薄的金属丝压在光滑的半导体晶片表面，通过脉冲电流，使触摸端与晶片牢固烧结，形成PN 结。由于是点接触，只允许使用较小的电流(不超过几十毫安)，适用于收音机检波等高频小电流电路。表面接触二极管PN 结面积大，允许通过大电流（几安到几十安）将交流电转换为直流的整流电路。平面二极管是一种特殊的硅二极管，不仅可以通过大电流，而且性能稳定可靠，主要用于开关、脉冲和高频电路。

一、按结构分类

半导体二极管主要依靠 PN 结工作PN 结不可分割的点接触型和肖特基型也包括在一般二极管中。包括这两种型号，根据 PN 晶体二极管分类如下：

1.点接触二极管

点接触二极管是通过电流法在锗或硅材料的单晶片上压一根金属针形成的。因此， PN 结静电容量小，适用于高频电路。然而，与表面结型相比，点接触二极管的正向和反向特性较差，因此不能用于大电流和整流。因为结构简单，所以价格很便宜。对于小信号的检测、整流、调节、混合频率和限制，它是一种广泛使用的类型。

2、键型二极管

键二极管是在锗或硅的单晶片上熔化或银细丝形成的。其特点介于点接触二极管和合金二极管之间。与点接触型相比，虽然键二极管 PN 结电容量略有增加，但正向特性特别好。多用于开关，有时用于检波和电源整流(不50mA）。在键型二极管中，金丝二极管有时被称为金键型，银丝二极管有时被称为银键型。

3、合金二极管

在 N在 锗或硅的单晶片上，通过合金锆、铝等金属制成 PN 结形成。正电压降低，适用于大电流整流。因为它 PN 结反向静电容量大，不适合高频检波和高频整流。

4、扩散二极管

高温 P 型杂质气体加热 N 锗或硅的单晶片将单晶片表面的一部分变成 P 型，以此法 PN 结。因 PN 结正向电压降低，适用于大电流整流。最近，大电流整流器的主流已经从硅合金型转移到硅扩散型。

5.台面二极管

PN 结的制作方法与扩散型相同，但只保留 PN 结及其必要的部分用药物腐蚀不必要的部分。其余部分为台面形状，因此得名。初始生产的台面类型是通过扩散半导体材料制成的。因此，这种台面类型也被称为扩散台面类型。对于这种类型，似乎大电流整流的产品型号很少，而小电流开关的产品型号很多。

6、平面二极管

在半导体单晶片（主要地是 N 型硅单晶片)扩散 P 杂质利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在 N 型硅单晶片只选择性地扩散部分而形成PN 结。因此，不需要调整 PN 结面积的药物腐蚀作用。由于半导体表面光滑，因此得名。PN 组合表面被氧化膜覆盖，被公认为稳定性好、使用寿命长的类型。起初，使用的半导体材料是通过外延法形成的，因此平面类型被称为外延平面类型。对于平面二极管，似乎很少有型号用于大电流整流，而许多型号用于小电流开关。

7.合金扩散二极管

它是一种合金类型。合金材料是一种容易扩散的材料。通过巧妙地混合杂质，可以与合金一起扩散，从而形成 PN 结中杂质的适当浓度分布。该方法适用于制造高灵敏度的变容二极管。

8、外延二极管

用外延面长的过程制造 PN 结形成的二极管。制造过程中需要非常高超的技术。适用于制造灵敏度高的变容二极管，因为它可以随意控制杂质不同浓度的分布。

9、肖特基二极管

基本原理是:金属(如铅)和半导体（N 型硅片)的接触面用已形成的肖特基阻挡反向电压。肖特基和 PN 结的整流原理存在根本差异。其耐压性仅为 40V 左右。其特点是：开关速度非常快：反向恢复间 trr 特别地短。因此，能制作开关二极和低压大电流整流二极管。

二、根据用途分类

1、检波用二极管

就原理而言，从输入信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流小于 100mA 的叫检波。锗材料点接触型、工作频率可达 400MHz，正向压降小，结电容小，检波效率高，频率特性好，为 2AP 型。类似点触型那样检波用的二极管，除用于检波外，还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。

2、整流用二极管

就原理而言，从输入交流中得到输出的直流是整流。以整流电流的大小（100mA）作为界线通常把输出电流大于 100mA 的叫整流。面结型，工作频率小于 KHz，最高反向电压从 25 伏至 3000 伏分 A～X 共 22 档。分类如下：①硅半导体整流二极管 2CZ 型、②硅桥式整流器 QL 型、③用于电视机高压硅堆工作频率近 100KHz 的 2CLG 型。

3、限幅用二极管

大多数二极管能作为限幅使用。也有象保护仪表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用，通常使用硅材料制造的二极管。也有这样的组件出售：依据限制电压需要，把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。

4、调制用二极管

通常指的是环形调制专用的二极管。就是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。即使其它变容二极管也有调制用途，但它们通常是直接作为调频用。

5、混频用二极管

使用二极管混频方式时，在 500～10，000Hz 的频率范围内，多采用肖特基型和点接触型二极管。

6、放大用二极管

用二极管放大，大致有依靠隧道二极管和体效应二极管那样的负阻性器件的放大，以及用变容二极管的参量放大。因此，放大用二极管通常是指隧道二极管、体效应二极管和变容二极管。

7、开关用二极管

有在小电流下（10mA 程度）使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励用开关二极管。小电流的开关二极管通常有点接触型和键型等二极管，也有在高温下还可能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。开关二极管的特长是开关速度快。而肖特基型二极管的开关时间特短，因而是理想的开关二极管。2AK 型点接触为中速开关电路用；2CK 型平面接触为高速开关电路用；用于开关、限幅、钳位或检波等电路；肖特基（SBD）硅大电流开关，正向压降小，速度快、效率高。

8、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。日本厂商方面也有其它许多叫法。通过施加反向电压， 使其 PN 结的静电容量发生变化。因此，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。

9、频率倍增用二极管

对二极管的频率倍增作用而言，有依靠变容二极管的频率倍增和依靠阶跃（即急变）二极管的频率倍增。频率倍增用的变容二极管称为可变电抗器，可变电抗器虽然和自动频率控制用的变容二极管的工作原理相同，但电抗器的构造却能承受大功率。阶跃二极管又被称为阶跃恢复二极管，从导通切换到关闭时的反向恢复时间 trr 短，因此，其特长是急速地变成关闭的转移时间显著地短。如果对阶跃二极管施加正弦波，那么，因 tt（转移时间）短，所以输出波形急骤地被夹断，故能产生很多高频谐波。

10、稳压二极管

是代替稳压电子二极管的产品。被制作成为硅的扩散型或合金型。是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管。作为控制电压和标准电压使用而制作的。二极管工作时的端电压（又称齐纳电压）从 3V 左右到 150V，按每隔 10%，能划分成许多等级。在功率方面，也有从 200mW 至 100W 以上的产品。工作在反向击穿状态，硅材料制作，动态电阻 RZ 很小，一般为 2CW 型；将两个互补二极管反向串接以减少温度系数则为 2DW 型。

11、PIN 型二极管（PIN Diode）

这是在 P 区和 N 区之间夹一层本征半导体（或低浓度杂质的半导体）构造的晶体二极管。PIN 中的 I 是“本征”意义的英文略语。当其工作频率超过 100MHz 时，由于少数载流子的存贮效应和“本征”层中的渡越时间效应，其二极管失去整流作用而变成阻抗元件，并且，其阻抗值随偏置电压而改变。在零偏置或直流反向偏置时，“本征”区的阻抗很高；在直流正向偏置时，由于载流子注入“本征”区，而使“本征”区呈现出低阻抗状态。因此，可以把 PIN 二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关（即微波开关）、移相、调制、限幅等电路中。

12、 雪崩二极管 （Avalanche Diode）

它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是栾的：利用雪崩击穿对晶体注入载流子，因载流子渡越晶片需要一定的时间，所以其电流滞后于电压，出现延迟时间，若适当地控制渡越时间，那么，在电流和电压关系上就会出现负阻效应，从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。

13、江崎二极管 （Tunnel Diode）

它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。其基底材料是砷化镓和锗。其 P 型区的 N 型区是高掺杂的（即高浓度杂质的）。隧道电流由这些简并态半导体的量子力学效应所产生。发生隧道效应具备如下三个条件：①费米能级位于导带和满带内；②空间电荷层宽度必须很窄（0.01 微米以下）；简并半导体 P 型区和 N 型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。江崎二极管为双端子有源器件。其主要参数有峰谷电流比（IP／PV），其中，下标“P”代表“峰”；而下标“V”代表“谷”。江崎二极管可以被应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中（其工作频率可达毫米波段），也可以被应用于高速开关电路中。

14、快速关断（阶跃恢复）二极管 （Step Recovary Diode）

它也是一种具有 PN 结的二极管。其结构上的特点是：在 PN 结边界处具有陡峭的杂质分布区，从而形成“自助电场”。由于 PN 结在正向偏压下，以少数载流子导电，并在 PN 结附近具有电荷存贮效应，使其反向电流需要经历一个“存贮时间”后才能降至最小值（反向饱和电流值）。阶跃恢复二极管的“自助电场”缩短了存贮时间，使反向电流快速截止，并产生丰富的谐波分量。利用这些谐波分量可设计出梳状频谱发生电路。快速关断（阶跃恢复）二极管用于脉冲和高次谐波电路中。

15、肖特基二极管 （Schottky Barrier Diode）

它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为 N 型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的 PN 结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为 RC 时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达 100GHz。并且，MIS（金属－绝缘体－半导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。

16、阻尼二极管

具有较高的反向工作电压和峰值电流，正向压降小，高频高压整流二极管，用在电视机行扫描电路作阻尼和升压整流用。

17、瞬变电压抑制二极管

TVP 管，对电路进行快速过压保护，分双极型和单极型两种，按峰值功率（500W－5000W）和电压（8.2V～200V）分类。

18、双基极二极管（单结晶体管）

两个基极，一个发射极的三端负阻器件，用于张驰振荡电路，定时电压读出电路中，它具有频率易调、温度稳定性好等优点。

19、发光二极管

用磷化镓、磷砷化镓材料制成，体积小，正向驱动发光。工作电压低，工作电流小，发光均匀、寿命长、可发红、黄、绿单色光。

三、根据特性分类

点接触型二极管，按正向和反向特性分类如下。

1、一般用点接触型二极管

这种二极管正如标题所说的那样，通常被使用于检波和整流电路中，是正向和反向特性既不特别好，也不特别坏的中间产品。如：SD34、SD46、1N34A 等等属于这一类。

2、高反向耐压点接触型二极管

是最大峰值反向电压和最大直流反向电压很高的产品。使用于高压电路的检波和整流。这种型号的二极管一般正向特性不太好或一般。在点接触型锗二极管中，有 SD38、1N38A、OA81 等等。这种锗材料二极管，其耐压受到限制。要求更高时有硅合金和扩散型。

3、高反向电阻点接触型二极管

正向电压特性和一般用二极管相同。虽然其反方向耐压也是特别地高，但反向电流小，因此其特长是反向电阻高。使用于高输入电阻的电路和高阻负荷电阻的电路中，就锗材料高反向电阻型二极管而言，SD54、1N54A 等等属于这类二极管。

4、高传导点接触型二极管

它与高反向电阻型相反。其反向特性尽管很差，但使正向电阻变得足够小。对高传导点接触型二极管而言，有 SD56、1N56A 等等。对高传导键型二极管而言，能够得到更优良的特性。这类二极管，在负荷电阻特别低的情况下，整流效率较高。