常見的九種二極管

? 本文來介紹以下常見的九種二極管

工作狀態：
正向偏置：普通（整流）二極管，恒流二極管，變容二極管，發光二極管（LED），肖特基二極管，快恢復二極管（FRD）
反向偏執：齊納（穩壓）二極管，瞬態電壓抑制二極管（TVS），光電二極管（LED）

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1、普通二極管

（有沒有好奇第九種二極管是哪個？嘿嘿(｢･ω･)｢嘿 ）
電路符號：

硅二極管
主要應用于整流電路、電壓穩定器、電壓限制器、振蕩電路等。
正向壓降低、反向擊穿電壓高、溫度系數小。
正向壓降大約0.6~0.7V.

鍺二極管
適用于高頻放大電路、調制解調電路、檢波電路等。
正向壓降低、反向擊穿電壓低、溫度系數大。
正向壓降大約0.2~0.3V.

也稱為整流二極管，主要用于將交流電轉換為直流電。
它們通常用于電源適配器和充電器中，以將交流輸入轉換為直流輸出。
各項指標都中規中矩，并且常用，廉價

應用：主要用于整流，即將交流電轉換為直流電。它們也用于信號的檢波和限幅等。
例如：硅整流器

整流應用：

續流應用：

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2、光電二極管（LED）

電路符號：

也稱為光敏二極管，能夠將光信號轉換為電信號。

原理：當光線照射到光電二極管上時，會產生電流，常用于光傳感器和光隔離器中。

應用：除了作為光源外，LED還用于光通信、光隔離、光耦合器以及各種顯示和指示燈。
例如：數字顯示器、交通信號燈。

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3、變容二級管

電路符號：

又稱：可變電容二極管。
左邊為新電路符號，右邊為舊電路符號。

原理：它的電容量會隨著反向偏置電壓的變化而變化。

通過控制耗盡層的厚度來控制二極管結電容的大小

應用：主要用于無線電調諧電路中，作為可變電容器使用，改變其反向偏置電壓可以改變其電容值。
例子：調頻收音機的調諧電路，手機等通訊設備。

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4、發光二極管

電路符號：

不同顏色的發光二極管，壓降也不一樣

原理：可以將電能轉化成光能。
應用：應用于各種顯示設備。
如電視、電腦、手機的顯示屏。也用于指示燈和大型室外顯示屏。

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5、恒流二極管

電路符號：

內部結構：

V-A特性曲線：

原理：恒流二極管具有正向壓降恒定的特性，可以用來維持通過它的電流恒定。
應用：用于穩定電流，確保電路中的電流保持恒定。
例如：電源供應單元、LED驅動電路，在需要電流限制的電路設計中，主要在LED驅動器中用于維持恒定的電流輸出。

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6、快恢復二極管（FRD）

電路符號：（與普通二極管一致）

原理：
快速恢復二極管 采用的是PIN結構
通過人工擴展PN結的勢壘區 ，抑制了載流子擴散，大幅降低結電容。
PIN結快恢復二極管有效作用區，是存在電場的 I型層（勢壘區）
電流：當正向偏置時，P型 和 N型材料中的載流子（分別為空穴和電子）會注入到 I型層 ，形成電流

P型材料：富含空穴，是正電荷載流子。
N型材料：富含電子，是負電荷載流子。
I型材料（本征層）：摻雜程度相對較低，自由載流子數量較少。

在正向偏置時，P型和N型材料之間的電場驅使空穴和電子穿過I型層，形成電流。
當反向偏置時，由于I型層的低摻雜特性，能快速清除掉存儲的載流子，使二極管迅速轉換為高阻態，減少了反向恢復時間。

PIN結構的設計使得二極管在 高頻應用 中表現出色，允許電流快速通過 同時又 能在反向偏置時迅速切斷電流
對于需要快速開關的電路非常重要，減少了能量損耗并提高了效率。

應用：用于高頻開關電路，具有快速的開關速度，應用于開關電源、PWM控制器等高頻操作的電子設備。
例如：逆變器，電源變換器，開關電源、變頻器。

快恢復二極管特性：（比較肖特基二極管）
PIN結結構
反向恢復時間MAX：100ns
反向耐壓高，1000V以上
擅長領域：高頻，高壓

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7、肖特基二極管

電路符號：

肖特基二極管在正向偏置時導通，以其低正向電壓降和快速開關特性而聞名。

原理：
知周所眾，給二極管加加反向電壓的瞬間是會有反向電流的
其恢復到電流截止時間稱為反向恢復時間
此時間內存在的電流稱為反向恢復電流

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在面對一個頻率50Hz的正負交替脈沖信號
周期T=1/50s = 20ms = 20000us，每個負脈沖長達10000us，而其反向恢復時間僅為2us。
這期間，二極管雖經歷從導通到關斷，但這一轉換時間幾乎可以忽略不計。因此，二極管能夠近乎完美地展現其單向導電性。

但是，如果外加的是高頻電壓，例如25wHz的正負交替脈沖信號
周期T=1/250000s = 4us，每個負脈沖為2us，而其反向恢復時間也是2us
此時，脈沖信號的正負半周都可以通過二極管，二極管就是去單向導電性

由于這個缺陷，肖特基二極管應運而生，其反向恢復時間的達到10ns，即便在高頻信號下，肖特基二極管依舊能實現其單向導電性

而且，肖特基二極管的管壓降也比普通二極管低

歸根到底，是肖特基二極管獨特的“金屬-N”結構

“金屬-N”結構，N型半導體的電子濃度高，金屬的電子濃度低，容易發生擴散現象，在邊界處形成肖特基勢壘

反向恢復時間短：
1、肖特基內部都是電子，故基本不存在擴散現象；
2、在邊界處形成的肖特基勢壘很窄，導致勢壘小，
3、外加反向電壓時，可以很快的從導通到關斷

應用：由于其低功耗，其低正向電壓降和快速開關特性，常用于高頻應用和整流器。
例子：開關電源、振蕩器、整流器，太陽能電池板，電源管理電路。CPU的供電電路。

利弊：
肖特基勢壘很窄，其優點是使得反向回復時間很短
但是同樣也是一個致命的缺點，反向漏電流會比較大，而且反向耐壓性相對較低
為此可以對比快恢復二極管（FRD）

肖特基二極管特性：（比較快恢復二極管）
“金屬-N”結結構
反向恢復時間MAX：10ns
反向耐壓低，100V左右
擅長領域：超高頻，低壓

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8、瞬態電壓抑制二極管(TVS)

電路符號：

原理：

平時正常輸入5V電壓時，TVS阻值非常大，高達幾百萬歐姆！

此時TVS就相當于開路！

當有尖峰電壓時，TVS就只有0.5歐姆

此時TVS就相當于短路，電壓尖峰的能量都通過TVS流向了負極，保護了后方電路

應用：用于保護電路免受 瞬態過電壓 的損害，如 靜電放電 或 雷擊 。
例子：電子設備的保護電路。

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9、齊納二極管（穩壓）

電路符號：

原理：反向偏置下，電壓恒定，電流變化不影響對電壓的影響微小

應用：用于提供穩定的參考電壓，常用于電壓穩定和電壓參考。
例子：穩壓電路、電壓參考電路，在電子設備的過壓保護中。

可調電源應用原理：

PS：熱擊穿 & 齊納擊穿 & 雪崩擊穿

熱擊穿

原理：熱擊穿是一種在半導體器件中發生的不可逆的損壞現象。當半導體器件承受的電壓和流過的電流產生的功率超過器件允許的耗散功率時，會產生大量熱量，器件無法有效散熱，導致溫度上升，最終破壞器件的PN結或材料結構。這種現象通常發生在PN結二極管中，尤其是在反向偏置條件下。
特點：這是一種不可逆的過程，因為器件內部結構已經因高溫而損壞。

齊納擊穿

原理：在高反向電壓作用下，當電場強度足夠大時，高電場會使電子獲得足夠的能量，從價帶直接躍遷到導帶，產生大量的電子-空穴對，從而導致電流急劇增加。這種擊穿通常在特定的反向電壓（齊納電壓）下發生，且一旦擊穿，即使增加反向電壓，導致電流急劇增加。
特點：通常發生在窄禁帶半導體中，如硅。是可逆的，只要反向電壓不超出最大值，器件不會損壞。
應用：常用于齊納二極管，作為穩壓元件，在固定電壓下提供穩定的參考電壓。

雪崩擊穿

原理：高反向電壓作用下，電子和空穴在電場中加速，通過碰撞原子使價電子激發到導帶，產生次級電子-空穴對，導致電流急劇增加。
雪崩擊穿是這樣產生的：假設少數導帶電子從外部電源獲得足夠大的能量，從而加速它向二極管正極快速運動。在它的運動過程中，它碰撞一個原子并給予這個原子足夠的能量使得一個價電子進人導帶。這時，就有兩個導帶電子。每個導帶電子又去碰撞原子，使得又有兩個價電子被撞入導帶。這時，就有4個導帶電子。接著，這4個導帶電子又撞擊4個價電子使它們進人導帶。導帶電子這種快速的倍增稱為雪崩效應，雪崩效應使得反向電流急劇增大
特點：通常發生在寬禁帶半導體中，如實心半導體。是可逆的，但通常在比齊納擊穿更高的反向電壓下發生。
應用：可用于雪崩二極管，用于高電壓應用，如電壓調節和保護電路。

不同點

1. 材料差異：齊納擊穿多發生在窄禁帶材料中，而雪崩擊穿多發生在寬禁帶材料中。
2. 電壓閾值：齊納擊穿發生在較低的反向電壓下，雪崩擊穿則在較高電壓下。
3. 溫度影響：熱擊穿與器件溫度有關，而齊納擊穿和雪崩擊穿主要與電壓有關。
4. 可逆性：熱擊穿通常是不可逆的，而齊納擊穿和雪崩擊穿在一定條件下是可逆的。

相同點

1. 電壓作用：三者都與反向電壓有關。
2. 電流急劇增加：在擊穿瞬間，電流都會急劇上升。

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