二極管的基礎(chǔ)知識(shí)和參數(shù)選擇

二極管（Diode）算是半導(dǎo)體家族中的分立元器件中最簡單的一類，其最明顯的性質(zhì)就是它的單向?qū)щ娞匦?，就是說電流只能從一邊過去，卻不能從另一邊過來(從正極流向負(fù)極)。

基礎(chǔ)知識(shí)

1、二極管的分類

二極管的種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）；按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。

根據(jù)二極管的不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管等。

2、二極管的型號(hào)命名方法

（1）按照國產(chǎn)半導(dǎo)體器件型號(hào)命名方法：二極管的型號(hào)命名由五個(gè)部分組成：主稱、材料與極性、類別、序號(hào)和規(guī)格號(hào)（同一類產(chǎn)品的檔次）。

（2）日本半導(dǎo)體器件命名型號(hào)由以下5部分組成：

第一部分：用數(shù)字表示半導(dǎo)體器件有效數(shù)目和類型；“1”表示二極管，“2”表示三極管。

第二部分：用“S”表示已在日本電子工業(yè)協(xié)會(huì)登記的半導(dǎo)體器件；

第三部分：用字母表示該器件使用材料、極性和類型；

第四部分：表示該器件在日本電子工業(yè)協(xié)會(huì)的登記號(hào)；

第五部分：表示同一型號(hào)的改進(jìn)型產(chǎn)品。

幾種常見二極管特點(diǎn)

（1）整流二極管

將交流電源整流成為直流電流的二極管叫作整流二極管，因結(jié)電容大，故工作頻率低。

通常，IF 在 1 安以上的二極管采用金屬殼封裝，以利于散熱；IF 在 1 安以下的采用全塑料封裝。

（2）開關(guān)二極管

在脈沖數(shù)字電路中，用于接通和關(guān)斷電路的二極管叫開關(guān)二極管，其特點(diǎn)是反向恢復(fù)時(shí)間短，能滿足高頻和超高頻應(yīng)用的需要。

開關(guān)二極管有接觸型，平面型和擴(kuò)散臺(tái)面型幾種，一般 IF＜500 毫安的硅開關(guān)二極管，多采用全密封環(huán)氧樹脂，陶瓷片狀封裝。

（3）穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管是由硅材料制成的面結(jié)合型晶體二極管，因?yàn)樗茉陔娐分衅鸱€(wěn)壓作用，故稱為穩(wěn)壓二極管。

它是利用 PN 結(jié)反向擊穿時(shí)的電壓基本上不隨電流的變化而變化的特點(diǎn)，來達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

（4）變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管是利用 PN 結(jié)的電容隨外加偏壓而變化這一特性制成的非線性電容元件，被廣泛地用于參量放大器，電子調(diào)諧及倍頻器等微波電路中。

變?nèi)荻O管主要是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝等一系列途徑來突出電容與電壓的非線性關(guān)系，并提高 Q 值以適合應(yīng)用。

（5）TVS二極管

TVS二極管（Transient Voltage Suppresser 瞬態(tài)電壓抑制器）是和被保護(hù)電路并聯(lián)的，當(dāng)瞬態(tài)電壓超過電路的正常工作電壓時(shí)，二極管發(fā)生雪崩，為瞬態(tài)電流提供通路，使內(nèi)部電路免遭超額電壓的擊穿或超額電流的過熱燒毀。

由于 TVS 二極管的結(jié)面積較大，使得它具有泄放瞬態(tài)大電流的優(yōu)點(diǎn)，具有理想的保護(hù)作用。

二、二極管的參數(shù)選擇

（1）額定正向工作電流

額定正向工作電流指二極管長期連續(xù)工作時(shí)允許通過的最大正向電流值。

（2）最大浪涌電流

最大浪涌電流，是允許流過的過量正向電流，它不是正常電流，而是瞬間電流。其值通常是額定正向工作電流的20倍左右。

（3）最高反向工作電壓

加在二極管兩端的反向工作電壓高到一定值時(shí)，管子將會(huì)擊穿，失去單向?qū)щ娔芰Α榱吮ＷC使用安全，規(guī)定了最高反向工作電值。例如，lN4001二極管反向耐壓為50V，lN4007的反向耐壓為1000V。

（4）反向電流

反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶谩?/p>

反向電流與溫度密切相關(guān)，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。

硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。

（5）反向恢復(fù)時(shí)間

從正向電壓變成反向電壓時(shí)，電流一般不能瞬時(shí)截止，要延遲一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是反向恢復(fù)時(shí)間。它直接影響二極管的開關(guān)速度。

（6）最大功率

最大功率就是加在二極管兩端的電壓乘以流過的電流。這個(gè)極限參數(shù)對(duì)穩(wěn)壓二極管等顯得特別。

（7）頻率特性

由于結(jié)電容的存在，當(dāng)頻率高到某一程度時(shí)，容抗小到使 PN 結(jié)短路。導(dǎo)致二極管失去單向?qū)щ娦?，不能工作，PN 結(jié)面積越大，結(jié)電容也越大，越不能在高頻情況下工作。

2、不同二極管的選用

（1）檢波二極管

檢波二極管一般可選用點(diǎn)接觸型鍺二極管，選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)電路的具體要求來選擇工作頻率高、反向電流小、正向電流足夠大的檢波二極管。

（2）整流二極管

整流二極管一般為平面型硅二極管，用于各種電源整流電路中。選用整流二極管時(shí)，主要應(yīng)考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)。普通串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路中使用的整流二極管，對(duì)截止頻率的反向恢復(fù)時(shí)間要求不高，只要根據(jù)電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管即可。

（3）穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管一般用在穩(wěn)壓電源中作為基準(zhǔn)電壓源或用在過電壓保護(hù)電路中作為保護(hù)二極管。選用的穩(wěn)壓二極管，應(yīng)滿足應(yīng)用電路中主要參數(shù)的要求。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值應(yīng)與應(yīng)用電路的基準(zhǔn)電壓值相同，穩(wěn)壓二極管的最大穩(wěn)定電流應(yīng)高于應(yīng)用電路的最大負(fù)載電流50％左右。

（4）開關(guān)二極管

開關(guān)二極管主要應(yīng)用于收錄機(jī)、電視機(jī)、影碟機(jī)等家用電器及電子設(shè)備有開關(guān)電路、檢波電路、高頻脈沖整流電路等。

中速開關(guān)電路和檢波電路，可以選用2AK系列普通開關(guān)二極管。高速開關(guān)電路可以選用RLS系列、1SS系列、1N系列、2CK系列的高速開關(guān)二極管。

要根據(jù)應(yīng)用電路的主要參數(shù)（如正向電流、最高反向電壓、反向恢復(fù)時(shí)間等）來選擇開關(guān)二極管的具體型號(hào)。

（5）變?nèi)荻O管

選用變?nèi)荻O管時(shí)，應(yīng)著重考慮其工作頻率、最高反向工作電壓、最大正向電流和零偏壓結(jié)電容等參數(shù)是否符合應(yīng)用電路的要求，應(yīng)選用結(jié)電容變化大、高Q值、反向漏電流小的變?nèi)荻O管。

3.TVS二極管選型

（1）最小擊穿電壓VBR和擊穿電流I R 。 VBR是TVS最小的擊穿電壓，在25℃時(shí)，低于這個(gè)電壓TVS是不會(huì)產(chǎn)生雪崩的。當(dāng)TVS流過規(guī)定的1mA電流（IR ）時(shí)，加于TVS兩極的電壓為其最小擊穿電壓V BR 。按TVS的VBR與標(biāo)準(zhǔn)值的離散程度，可把VBR分為5％和10％兩種。對(duì)于5％的VBR來說，VWM =0.85VBR；對(duì)于10％的VBR來說，V WM =0.81VBR。為了滿足IEC61000-4-2國際標(biāo)準(zhǔn)，TVS二極管必須達(dá)到可以處理最小8kV（接觸）和15kV（空氣）的ESD沖擊，部份半導(dǎo)體廠商在自己的產(chǎn)品上使用了更高的抗沖擊標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于某些有特殊要求的可攜設(shè)備應(yīng)用，設(shè)計(jì)者可以依需要挑選元件。

（2）最大反向漏電流ID和額定反向切斷電壓VWM。 VWM是二極管在正常狀態(tài)時(shí)可承受的電壓，此電壓應(yīng)大于或等于被保護(hù)電路的正常工作電壓，否則二極管會(huì)不斷截止回路電壓；但它又需要盡量與被保護(hù)回路的正常工作電壓接近，這樣才不會(huì)在TVS工作以前使整個(gè)回路面對(duì)過壓威脅。當(dāng)這個(gè)額定反向切斷電壓VWM加于TVS的兩極間時(shí)它處于反向切斷狀態(tài)，流過它的電流應(yīng)小于或等于其最大反向漏電流ID。

（3）最大鉗位電壓VC和最大峰值脈沖電流I PP 。當(dāng)持續(xù)時(shí)間為20ms的脈沖峰值電流IPP流過TVS時(shí)，在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。 V C 、IPP反映了TVS的突波抑制能力。 VC與VBR之比稱為鉗位因子，一般在1.2~1.4之間。 VC是二極管在截止?fàn)顟B(tài)提供的電壓，也就是在ESD沖擊狀態(tài)時(shí)通過TVS的電壓，它不能大于被保護(hù)回路的可承受極限電壓，否則元件面臨被損傷的危險(xiǎn)。

（4）Pppm額定脈沖功率，這是基于最大截止電壓和此時(shí)的峰值脈沖電流。對(duì)于手持設(shè)備，一般來說500W的TVS就足夠了。最大峰值脈沖功耗PM是TVS能承受的最大峰值脈沖功耗值。在特定的最大鉗位電壓下，功耗PM越大，其突波電流的承受能力越大。在特定的功耗PM下，鉗位電壓VC越低，其突波電流的承受能力越大。另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。而且，TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重覆的，元件規(guī)定的脈沖重覆頻率（持續(xù)時(shí)間與間歇時(shí)間之比）為0.01％。如果電路內(nèi)出現(xiàn)重覆性脈沖，應(yīng)考慮脈沖功率的累積，有可能損壞TVS。

（5）電容器量C。電容器量C是由TVS雪崩結(jié)截面決定的，是在特定的1MHz頻率下測得的。C的大小與TVS管的電流承受能力成正比，C太大將使訊號(hào)衰減。因此，C是數(shù)據(jù)介面電路選用TVS的重要參數(shù)。電容器對(duì)于數(shù)據(jù)/訊號(hào)頻率越高的回路，二極管的電容器對(duì)電路的干擾越大，形成噪音或衰減訊號(hào)強(qiáng)度，因此需要根據(jù)回路的特性來決定所選元件的電容器范圍。高頻回路一般選擇電容器應(yīng)盡量小（如SAC（500W，50pF，±10%）、LCE（1.5KW，100pF）、低電容器TVS），而對(duì)電容器要求不高的回路電容器選擇可高于40pF。

4.肖特基二極管與快恢復(fù)二極管的區(qū)別

肖特基二極管：

反向耐壓值較低(一般小于150V)，通態(tài)壓降0.3-0.6V，小于10nS的反向恢復(fù)時(shí)間。它是有肖特基特性的“金屬半導(dǎo)體結(jié)”的二極管。其正向起始電壓較低。

其金屬層除材料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵，多為N型半導(dǎo)體。這種器件是由多數(shù)載流子導(dǎo)電的，所以，其反向飽和電流較以少數(shù)載流子導(dǎo)電的

PN結(jié)大得多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)甚微，所以其頻率響僅為RC時(shí)間常數(shù)限制，因而，它是高頻和快速開關(guān)的理想器件。其工作頻率可達(dá)100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導(dǎo)體）肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發(fā)光二極管。

快恢復(fù)二極管：有0.8-1.1V的正向?qū)▔航担?5-85nS的反向恢復(fù)時(shí)間，在導(dǎo)通和截止之間迅速轉(zhuǎn)換，提高了器件的使用頻率并改善了波形?？旎謴?fù)二極管在制造工藝上采用摻金,單純的

擴(kuò)散等工藝,可獲得較高的開關(guān)速度,同時(shí)也能得到較高的耐壓.

目前快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件.

快恢復(fù)二極管FRD（Fast Recovery Diode）是近年來問世的新型半導(dǎo)體器件，具有開關(guān)特性好，反向恢復(fù)時(shí)間短、正向電流大、體積小、安裝簡便等優(yōu)點(diǎn)。超快恢復(fù)二極管SRD（Superfast RecoveryDiode），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。

肖特基二極管：反向耐壓值較低(一般小于 150V)，通態(tài)壓降 0.3-0.6V，小于 10nS 的反向恢復(fù) 時(shí)間。它是有肖特基特性的“金屬半導(dǎo)體結(jié)”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除材料外， 還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵，多為 N 型半導(dǎo)體。這種器件是由多數(shù)載流子導(dǎo)電的，所以，其反向飽和電流較以少數(shù)載流子導(dǎo)電的 PN 結(jié)大得多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)甚微，所以其頻率響僅為 RC 時(shí)間常數(shù)限制，因而，它是高頻和快速開關(guān)的理想器件。其工作頻率可達(dá) 100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導(dǎo)體）肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發(fā)光二極管。

快恢復(fù)二極管：有 0.8-1.1V 的正向?qū)▔航担?5-85nS 的反向恢復(fù)時(shí)間，在導(dǎo)通和截止之間 迅速轉(zhuǎn)換，提高了器件的使用頻率并改善了波形?？旎謴?fù)二極管在制造工藝上采用摻金,單純的 擴(kuò)散等工藝,可獲得較高的開關(guān)速度,同時(shí)也能得到較高的耐壓.目前快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆 變電源中做整流元件. 快恢復(fù)二極管 FRD（Fast Recovery Diode）是近年來問世的新型半導(dǎo)體器件，具有開關(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。

5.TVS二極管與ESD防護(hù)二極管的區(qū)別

TVS瞬態(tài)電壓抑制這里不論TV是如何產(chǎn)生的,比如直接或者間接的雷擊,靜電放電,大容量的負(fù)載投切等因素導(dǎo)致的浪涌.電壓從幾伏到幾十千伏甚至更高.

ESD靜電放電保護(hù)其中主要應(yīng)用是HBM和MM,簡單說,就是人或者設(shè)備對(duì)器件放電(靜電),但是器件不能損壞.

典型的HBM CLASS 1C模型規(guī)定一個(gè)充電1000V-2000V的100pF的電容通過一個(gè)1500歐姆的電阻對(duì)器件放電.MM模型要比人體模型能量大一些.電容是200pF,電壓大概在200-400之間,不過沒有串聯(lián)電阻了.典型的人體模型放電,峰值電流小于0.75A,時(shí)間150ns典型的機(jī)器模型放電,峰值電流小于8A,時(shí)間5ns典型的雷擊浪涌(電力線入線處使用的TVS)峰值電流3000A,時(shí)間20us

TVS二極管和ESD防護(hù)二極管原理是一樣的,但根據(jù)功率和封裝來分就不一樣.ESD防護(hù)二極管和TVS比較的話,要看用在那些用途上,像ESD主要是用來防靜電,防靜電就要求電容值低,一般是1--3.5PF之間為最好.而TVS就做不到這一點(diǎn),TVS的電容值比較高。