幾種常見(jiàn)二極管的原理及特性 

    二極管又稱晶體二極管,簡(jiǎn)稱二極管(diode)，另外，還有早期的真空電子二極管；它是一種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。在半導(dǎo)體二極管內(nèi)部有一個(gè)PN結(jié)兩個(gè)引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的轉(zhuǎn)導(dǎo)性。一般來(lái)講，晶體二極管是一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體燒結(jié)形成的p-n結(jié)界面。在其界面的兩側(cè)形成空間電荷層，構(gòu)成自建電場(chǎng)。當(dāng)外加電壓等于零時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子的濃度差引起擴(kuò)散電流和由自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)，這也是常態(tài)下的二極管特性。

工作原理

    晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。p-n結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。

常見(jiàn)的幾種二極管

穩(wěn)壓管、肖特基二極管、TVS管、快速恢復(fù)二極管、高頻整流二極管、PIN二極管。

穩(wěn)壓管

1. 穩(wěn)壓二極管的定義以及作用

穩(wěn)壓二極管是一個(gè)特殊的面接觸型的半導(dǎo)體硅二極管，其V-A特性曲線與普通二極管相似，但反向擊穿曲線比較陡~穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿區(qū)，由于它在電路中與適當(dāng)電陰配合后能起到穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，反向電流很小，當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時(shí)，反向電流突然猛增，穩(wěn)壓管從而反向擊穿，此后，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓的變化卻相當(dāng)小，利于這一特性，穩(wěn)壓管訪問(wèn)就在電路到起到穩(wěn)壓的作用了。而且，穩(wěn)壓管與其它普能二極管不同之反向擊穿是可逆性的，當(dāng)去掉反向電壓穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常，但如果反向電流超過(guò)允許范圍，二極管將會(huì)發(fā)熱擊穿，所以，與其配合的電阻往往起到限流的作用。

2. 穩(wěn)壓二極管的工作原理

穩(wěn)壓二極管工作原理一種用于穩(wěn)定電壓的單偽結(jié)二極管。它的伏安特性，電路符號(hào)如圖所示。結(jié)構(gòu)同整流二極管。加在穩(wěn)壓二極管的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，將可能有大量載流子隧穿偽結(jié)的位壘，形成大的反向電流，此時(shí)電壓基本不變，稱為隧道擊穿。當(dāng)反向電壓比較高時(shí)，在位壘區(qū)內(nèi)將可能產(chǎn)生大量載流子，受強(qiáng)電場(chǎng)作用形成大的反向電流，而電壓亦基本不變，為雪崩擊穿。因此，反向電壓臨近擊穿電壓時(shí)，反向電流迅速增加，而反向電壓幾乎不變。這個(gè)近似不變的電壓稱為齊納 電壓（隧道擊穿）或雪崩電壓（雪崩擊穿） 。

肖特基二極管

    肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基勢(shì)壘二極管（SchottkyBarrierDiode,縮寫(xiě)成SBD）的簡(jiǎn)稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬－半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此，SBD也稱為金屬－半導(dǎo)體（接觸）二極管或表面勢(shì)壘二極管，它是一種熱載流子二極管。

  特點(diǎn)

SBD的主要優(yōu)點(diǎn)包括兩個(gè)方面： 　　

1）由于肖特基勢(shì)壘高度低于PN結(jié)勢(shì)壘高度，故其正向?qū)ㄩT(mén)限電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管低（約低0.2V）。 　　

2）由于SBD是一種多數(shù)載流子導(dǎo)電器件，不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問(wèn)題。SBD的反向恢復(fù)時(shí)間只是肖特基勢(shì)壘電容的充、放電時(shí)間，完全不同于PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。由于SBD的反向恢復(fù)電荷非常少，故開(kāi)關(guān)速度非?？?，開(kāi)關(guān)損耗也特別小，尤其適合于高頻應(yīng)用。 　　

但是，由于SBD的反向勢(shì)壘較薄，并且在其表面極易發(fā)生擊穿，所以反向擊穿電壓比較低。由于SBD比PN結(jié)二極管更容易受熱擊穿，反向漏電流比PN結(jié)二極管大。

TVS管

  1、TVS定義：   

    TVS或稱瞬變電壓抑制二極管是在穩(wěn)壓管工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新產(chǎn)品，其電路符號(hào)和普通穩(wěn)壓二極管相同,外形也與普通二極管無(wú)異,當(dāng)TVS管兩端經(jīng)受瞬間的高能量沖擊時(shí)，它能以極高 的速度（最高達(dá)1*10-12秒）使其阻抗驟然降低，同時(shí)吸收一個(gè)大電流，將其兩端間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的數(shù)值上，從而確保后面的電路元件免受瞬態(tài)高能 量的沖擊而損壞。 TVS的反應(yīng)速度絕對(duì)比RC回路快的多10e-12s,可不用考慮TVS的擊穿電壓VBR,反響臨界電壓VWM,最大峰值脈沖電流IPP和最大嵌位電壓 VC及峰值脈沖功率PP. 選擇VWM等于或大于電路工作電壓,VC為小于保護(hù)器件的耐壓值,能測(cè)量最好(IPP),或估計(jì)出脈沖的功率,選功率較大的TVS.

  2、特性： 
　　TVS管有單向與雙向之分，單向TVS管的特性與穩(wěn)壓二極管相似，雙向TVS管的特性相當(dāng)于兩個(gè)穩(wěn)壓二極管反向串聯(lián)，其主要特性參數(shù)有： 
　　①反向斷態(tài)電壓(截止電壓)VRWM與反向漏電流IR：反向斷態(tài)電壓(截止電壓)VRWM表示TVS管不導(dǎo)通的最高電壓，在這個(gè)電壓下只有很小的反向漏電流IR。 
　　②擊穿電壓VBR：TVS管通過(guò)規(guī)定的測(cè)試電流IT時(shí)的電壓，這是表示TVS管導(dǎo)通的標(biāo)志電壓。
　　③脈沖峰值電流IPP：TVS管允許通過(guò)的10/1000μs波的最大峰值電流（8/20μs波的峰值電流約為其5倍左右），超過(guò)這個(gè)電流值就可能造成永久性損壞。在同一個(gè)系列中，擊穿電壓越高的管子允許通過(guò)的峰值電流越小。 
　　④最大箝位電壓VC：TVS管流過(guò)脈沖峰值電流IPP時(shí)兩端所呈現(xiàn)的電壓。 
　　⑤脈沖峰值功率Pm：脈沖峰值功率Pm是指10/1000μs波的脈沖峰值電流IPP與最大箝位電壓VC的乘積，即Pm=IPP*VC。 
　　⑥穩(wěn)態(tài)功率P0：TVS管也可以作穩(wěn)壓二極管用，這時(shí)要使用穩(wěn)態(tài)功率。
　　⑦極間電容Cj：與壓敏電阻一樣，TVS管的極間電容Cj也較大，且單向的比雙向的大，功率越大的電容也越大。

快速恢復(fù)二極管

    快恢復(fù)二極管（簡(jiǎn)稱FRD）是一種具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管， 主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反 向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。

    快恢復(fù)二極管FRD（Fast Recovery Diode）是近年來(lái)問(wèn)世的新型半導(dǎo)體器件，具有開(kāi)關(guān)特性好，反向恢復(fù)時(shí)間短、正向電流大、體積小、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。超快恢復(fù)二極管SRD （Superfast Recovery Diode），則是在快恢復(fù)二極管基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，其反向恢復(fù)時(shí)間trr值已接近于肖特基二極管的指標(biāo)。它們可廣泛用于開(kāi)關(guān)電源、脈寬調(diào)制器 （PWM）、不間斷電源（UPS）、交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速（VVVF）、高頻加熱等裝置中，作高頻、大電流的續(xù)流二極管或整流管，是極有發(fā)展前途的電力、電 子半導(dǎo)體器件。

性能特點(diǎn) 　　

（1）反向恢復(fù)時(shí)間 　　

    反向恢復(fù)時(shí)間tr的定義是：電流通過(guò)零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時(shí)間間隔。它是衡量高頻續(xù)流及整流器件性能的重要技術(shù)指標(biāo)。反向恢復(fù)電流的波形如圖1 所示。IF為正向電流，IRM為最大反向恢復(fù)電流。Irr為反向恢復(fù)電流，通常規(guī)定Irr=0.1IRM。當(dāng)t≤t0時(shí)，正向電流I=IF。當(dāng)t＞t0 時(shí)，由于整流器件上的正向電壓突然變成反向電壓，因此正向電流迅速降低，在t=t1時(shí)刻，I=0。然后整流器件上流過(guò)反向電流IR，并且IR逐漸增大；在 t=t2時(shí)刻達(dá)到最大反向恢復(fù)電流IRM值。此后受正向電壓的作用，反向電流逐漸減小，并在t=t3時(shí)刻達(dá)到規(guī)定值Irr。從t2到t3的反向恢復(fù)過(guò)程與 電容器放電過(guò)程有相似之處。 　　

（2）快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 　　

    快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大 減小了trr值，還降低了瞬態(tài)正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓?？旎謴?fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是 幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，使其trr可低至幾十納秒。

注意事項(xiàng)： 　　

（1）有些單管，共三個(gè)引腳，中間的為空腳，一般在出廠時(shí)剪掉，但也有不剪的。

（2）若對(duì)管中有一只管子損壞，則可作為單管使用。

（3）測(cè)正向?qū)▔航禃r(shí)，必須使用R×1檔。若用R×1k檔，因測(cè)試電流太小，遠(yuǎn)低于管子的正常工作電流，故測(cè)出的VF值將明顯偏低。在上面例子中， 如果選擇R×1k檔測(cè)量，正向電阻就等于2.2kΩ，此時(shí)n′=9格。由此計(jì)算出的VF值僅0.27V，遠(yuǎn)低于正常值(0.6V)。

高頻整流二極管

整流二極管的特性參數(shù)

①額定整流電流IF:在規(guī)定的使用條件下，在電阻性負(fù)載的正弦半波整流電路中，允許連續(xù)通過(guò)半導(dǎo)體二極管的最大工作電流。一些大電流整流二極管要求使用散熱片，它的，F指的是帶有規(guī)定散熱片的條件下的數(shù)值。

②正向電壓降vF:半導(dǎo)體整流二極管通過(guò)額定工向整流電流時(shí)，在極間產(chǎn)生的電壓降。

③最大反向工作電壓vR:指在使用時(shí)所允許加的最大反向電壓。由于整流二極管一旦反向擊穿，就會(huì)產(chǎn)生很大的反向電流，因此在使用中不允許超過(guò)此值。

④最大反向漏電流IR:半導(dǎo)體整流二極管在正弦波最高反同工作電壓下的漏電流。

⑤擊穿電壓VR:半導(dǎo)體整流二極管反問(wèn)為硬特性時(shí)，擊穿電壓為反向伏安特性曲線急劇彎曲點(diǎn)的電壓值;如果為軟特性時(shí)，則擊穿電壓為給定的反向漏電流下的電壓值。

⑥結(jié)溫TJM:半導(dǎo)體整流二極管在規(guī)定的使用條件下，所允許的最高溫度。

整流二極管代換原則:

①可選擇使用型號(hào)參數(shù)及原二極管型號(hào)參數(shù)基本相同二極管代換。

②整流電流大二極管可代換整流 電流小二極管，相反則不能代換。

③反向工作電壓高二極管可代換反向電壓低二極管，相反則不可能代換 。

④工作頻率高二極管可代換工作頻率低二極管，則不能代換。

PIN二極管

在兩種半導(dǎo)體之間的PN結(jié)，或者半導(dǎo)體與金屬之間的結(jié)的鄰近區(qū)域，吸收光輻射而產(chǎn)生光電流的一種光檢測(cè)器。普通的二極管由PN結(jié)組成.在P和N半導(dǎo)體材料之間加入一薄層低摻雜的本征(Intrinsic)半導(dǎo)體層,組成的這種P-I-N結(jié)構(gòu)的二極管就是PIN 二極管.正因?yàn)橛斜菊?/font>(Intrinsic)層的存在，PIN 二極管應(yīng)用很廣泛，從低頻到高頻的應(yīng)用都有，主要用在RF領(lǐng)域，用作RF 開(kāi)關(guān)和RF保護(hù)電路，也有用作光電二極管(PhotoDiode)。PIN 二極管包括PIN光電二極管和PIN開(kāi)關(guān)二極管。