二极管基础指南

二极管基础指南–分类、应用、特性、原理、参数

二极管的特性及应用
半导体二极管几乎应用于所有电子电路中，在许多电路中起着重要作用。它是最早的半导体设备之一，应用广泛。
二极管的应用
1、整流二极管
采用二极管单向导电性，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
二极管在正电压作用下电阻小，处于导通状态，相当于开关；在反向电压作用下，电阻大，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。
四、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。
六、变容二极管
用于电视的高频头。
二极管的工作原理
晶体二极管是一个原因 p 型半导体和 n 形成型半导体 p-n 在界面两侧形成空间电荷层，并建立自建电场。当没有外加电压时，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，产生大量电子空穴对，产生大值反向击穿电流，称为二极管击穿。
二极管类型
二极管种类繁多，根据所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge 管）和硅二极管（Si 管）。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、面接触二极管和平面二极管。点接触二极管是用一根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，使触点端与晶片牢固烧结，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。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，它不仅能通过较大的电流，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
主要依靠半导体二极管 PN 结束工作 PN 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，其 PN 结静电容量小，适用于高频电路。但与面结型相比，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，价格便宜。对于小信号的检波、整流、调制、混频、限幅等一般用途，它是一种应用。
二、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而形成的。其特点介于点接触二极管和合金二极管之间。与点接触型相比较，虽然键型二极管的 PN 结电容量略有增加，但正向特性特别好。多开关有时用于检波和电源整流(不大于) 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。
三、合金二极管
在 N 锗或硅的单晶片采用合金锆、铝等金属制成 PN 形成正电压降低，适用于大电流整流。 PN 静电容量大，不适合高频检波和高频整流。
四、扩散二极管
在高温的 P 在杂质气体中加热 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。
五、台面二极管
PN 虽然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。剩下的部分台面形，因此得名。采用扩散法对半导体材料进行初始生产。所以这种台面型也叫扩散台面型。对于这种类型，似乎大电流整流用的产品型号很少，而小电流开关用的产品型号很多。
6.平面二极管
半导体单晶片(主要是 N 在型硅单晶片上，扩散 P 型杂质，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用 N 型硅单晶片只是选择性地扩散部分而形成的 PN 结。因此，无需调整 PN 药物腐蚀作用的结面积。以半导体表面制作平整而得名。并且，PN 组合表面被氧化膜覆盖，被认为是稳定性好、寿命长的类型。一开始使用的半导体材料是外延法形成的，所以平面型也叫外延平面型。对平面型二极管而言，似乎使用于大电流整流用的型号很少，而作小电流开关用的型号则很多。
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 在结中获得适当的杂质浓度分布。该方法适用于制造高灵敏度的变容二极管。
八、外延二极管
制造外延面长的过程 PN 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。
九、肖特基二极管
基本原理是:金属(如铅)和半导体（N 在类型硅片的接触面上，使用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基和 PN 结的整流原理存在根本差异。其耐压性只有 40V 左右两点是：开关速度很快：反向恢复时间 trr 特别短。因此，开关二极和低压大电流整流二极管可以管。
二、按用途分类
二极管用于检波
原则上，从输入信号中取出调制信号是检波，以整流电流的大小(100mA）输出电流通常小于边界 100mA 的叫检波。锗材料点接触型，工作频率可达 400MHz，正压降小，结电容小，检波效率高，频率特性好 2AP 型。除检波外，还可用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。还有两个二极管组合件，具有良好的调频检波特性一致性。
二、二极管整流
就原理而言，从输入交流中得到输出的直流是整流。根据整流电流的大小(100mA）输出电流通常大于边界 100mA 的叫整流。工作频率小于面结型 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电视高压硅堆工作频率近 100KHz 的 2CLG 型。
三、限制二极管
大多数二极管可以用作限幅。还有一些特殊的限幅二极管，如保护仪器和高频齐纳管。为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用，通常使用硅材料制成的二极管。还有这样的部件出售：根据限制电压的需要，连接几个必要的整流二极管形成一个整体。
四、调制二极管
通常指环形调制专用二极管。它是四个二极管的组合，具有良好的正向特性和一致性。即使其他可变二极管也有调制用途，但通常直接用作调频。
五、二极管混频
使用二极管混频时， 500～10，000Hz 肖特基型和点接触二极管主要用于频率范围内。
放大二极管
二极管放大大致依赖于隧道二极管和体效二极管等负阻装置的放大，以及变容二极管的参数。因此，放大二极管通常是指隧道二极管、体效二极管和变容二极管。
用二极管开关
在小电流下(10)mA 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。小电流开关二极管通常有点接触式和键式二极管，也有硅扩散型、台面型和平面型二极管也可能在高温下工作。开关二极管的特长是开关速度快。肖特基型二极管的开关时间很短，所以是理想的开关二极管。2AK 中速开关电路采用型点接触；2CK 型平面接触用于高速开关电路；用于开关、限幅、钳位或检波；肖特基（SBD）硅大电流开关，正压降低，速度快，效率高。
八、变容二极管
用于自动频率控制（AFC）和谐使用的小功率二极管称为变容二极管。日本厂商方面也有其它许多叫法。施加反向电压， 使其 PN 静电容量发生变化。因此，用于自动频率控制、扫描振荡、调频和谐。一般来说，虽然采用硅扩散二极管，但也可以采用合金扩散、外延组合、双扩散等特殊二极管，因为这些二极管的静电容量变化率特别大。结电容随反向电压 VR 变化，替代可变电容，用作调谐电路、振荡电路、锁相环路，常用于电视高频头的频道转换和调谐电路，主要由硅材料制成。
9、二极管频率倍增
对于二极管的频率倍增，依靠变容二极管的频率倍增和阶跃(即急变)二极管的频率倍增。变容器二极管称为可变电抗器。虽然可变电抗器的工作原理与自动频率控制相同，但电抗器的结构可以承受大功率。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 因此，它的特长是快速关闭的转移时间明显短。如果阶跃二极管施加正弦波，那么，因为 tt(转移时间)短，因此输出波形突然被切断，因此会产生大量的高频谐波。
10、稳压二极管
替代稳压电子二极管的产品。制成硅扩散型或合金型。是反向击穿特性曲线快速变化的二极管。用于控制电压和标准电压。二极管工作时的端电压(也称齐纳电压)从 3V 左右到 150V，按每隔 10%可分为多个等级。在功率方面，也有从 200mW 至 100W 上述产品。工作处于反向击穿状态，硅材料制造，动态电阻 RZ 很小，一般是 2CW 类型；反向串联两个互补二极管以降低温度系数 2DW 型。
11、PIN 型二极管（PIN Diode）
这是在 P 区和 N 晶体二极管由本征半导体(或低浓度杂质半导体)组成。PIN 中的 I 英语略语是本征意义。工作频率超过时 100MHz 当时，由于少数载流子的存储效应和本征层中的跨越时间效应，二极管失去整流效应，成为阻抗元件，其阻抗值随偏置电压而变化。本征区域在零偏置或直流反向偏置时阻抗较高；当直流正向偏置时，由于载流子入“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。