文章目录

1.二极管
- 1.1 二极管的原理介绍
- 1.2 整流（普通）二极管
- 1.3 发光二极管
- 1.4 肖特基二极管
- 1.5 光电二极管
- 1.6 隧道二极管
- 1.7 稳压二极管

1.二极管

1.1 二极管的原理介绍

一. PN结

上面说到的那些二极管它们都有一个共同的性能，单向导电性，就是说电流只能从二极管的阳极进去，负极出去，反过来就不行了。为什么呢？二极管中有个叫PN结的东西，就是它阻止了电流逆流。接下来讲讲PN 结。
自然界中的物质，按照不同的导电性能分为了导体、半导体和绝缘体，半导体材料导电性能介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料有四价硅和锗（zhě）。什么是四价啊，就是最外层有四个电子。纯净的半导体又称为本征半导体，其导电能力较差，不能直接用来制造半导体器件，在本征半导体一边中用扩散工艺掺入三价元素（硼），另一边掺入五价元素（磷），就是把原来少量的硅原子或者锗原子替代了。
三价元素（硼），最外层只有三个电子，然而硅和锗有外层有四个电子，少了一个怎么办呀？那就形成了空穴，这个就是P型半导体。于是，P型半导体就成为了含空穴浓度较高的半导体。

五价元素（磷）有五个电子，多一个怎么办？多出的一个电子几乎不受束缚，它就自由了，叫它自由电子，这个就是N型半导体。于是，N型半导体就成为了含电子浓度较高的半导体。

扩散运动和漂移运动
P型半导体和N型半导体结合后，P区内空穴和N区内自由电子多称为多子，P区内自由电子和N区内空穴几乎为零称为少子，在它们的交界处就出现了自由电子和空穴的浓度差。
由于P区的空穴浓度比N区高，空穴就往N区扩散，而N区的自由电子浓度比P区高，自由电子往P区扩散，就像一滴墨水滴在清水中，墨水本身浓度高，就往周围扩散，这就是扩散运动，P区的空穴和N区的自由电子就可能相遇，然后复合。什么是复合啊，把空穴比作房子，房子里面要住人啊，这时候自由电子就比作人了，然后他们就结合成一体了。

P区和N区里面的杂质离子不能任意移动，为啥呀？因为杂质离子被周围的硅原子或者锗原子束缚了。在P和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，在这个区域内，多子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了。

P区和N区里面的杂质离子相互作用，N区杂质离子带正电荷，P区杂质离子带负电荷，在空间电荷区形成了内电场，扩散运动的进行使空间电荷区变宽，内电场也变强了。

这个内电场一方面阻止了扩散运动的进行，扩散就不容易进行下去；另一方面使空穴（少子）从N区往P区漂移，自由电子从P区往N区漂移，这个漂移可不是汽车漂移，是受N区高电势，P区低电势的内电场影响产生漂移，叫做少子漂移。

慢慢的空间电荷区就稳定了。总结来说多子运动叫做扩散运动，少子运动就是漂移运动，当两种运动达到动态平衡就产生了PN结。在PN结加上相应的电级引线和管壳，就构成了半导体二极管。由P区引出的电极成为了正极，由N区引出的电极成为了负极。

二. 导通和截止

当PN结加正向导通电压就是把P区引脚加电源正极，N区引脚连接电源负极。电流方向由P区流向N区和PN 结内部的内电场相反，当电压大于内电场电压时，外部的电源抵消了其内电场。

内电场抵消了，有利于扩散运动的进行，空间电荷区慢慢变成了P区和N区，当空间电荷区越来越薄，直到最薄的时候这时候会形成一个扩散电流，这时候二极管也就导通了，这时候的电压称为导通电压。

反之把P区引脚加电源负极，N区引脚连接电源正极，这时候电流流动的方向和内电场的方向相同，增强了内电场使得空间电荷区变宽，空穴会被拉向P区的方向，电子会被拉向N区的方向，从而阻止了扩散运动，形成了反向漏电流，由于电流非常小，这就是截止状态。

反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁，这时候的电压成为击穿电压，这时候二极管就没用了。

二极管加正向偏置电压，死区OA区，由于正向电压比较小，二极管不导通，几乎没有电流，呈高阻状态，此时二极管两端的电压为死区电压，硅二极管为0.5V（锗管为0.1v），当正向电压高于一定的数值后，二极管中的电流随着电压的升高而增大，二极管导通，这时候的电压称为导通电压，也叫门槛电压。

硅管导通电压为0.6V（锗管为0.2v），导通时二极管两端的电压保持不变，硅管0.7V（锗管为0.3v），这时候称为正向压降。

当电子与空穴复合时能辐射出可见光，PN结掺杂不同的化合物发出的光也不同，比如说镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等。然后加上引脚，用环氧树脂封装起来，通上正向电压发光二极管就这样发光了。

稳压二极管利用了二极管反向击穿的特性，稳压二极管都是串联在电路中，当稳压二极管被击穿，尽管电流在很大的范围内变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压上下。

在接二极管还要注意正负极，一般看外观来说，长引脚为正极，短引脚为负极，有些二极管的表面会有图形符号用万用表也可以测，把万用表调到二极管档，红黑表笔分别接二极管的两端，若此时万用表的读数小于1，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极。若读数为“1”，则黑表笔一端为正极。

以下是二极管的分类：

1.2 整流（普通）二极管

一、整流二极管

作用：整流！！！！交流变直流！！
① 整流二极管：一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结，有阳极和阴极两个端子。

② P区的载流子是空穴，N区的载流子是电子，在P区和N区间形成一定的位垒。外加使P区相对N区为正的电压时，位垒降低，位垒两侧附近产生储存载流子，能通过大电流，具有低的电压降（典型值为0.7V），称为正向导通状态。

③ 若加相反的电压，使位垒增加，可承受高的反向电压，流过很小的反向电流（称反向漏电流），称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性。

④ 整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（可达上千安），但工作频率不高，一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频整流电路。

二、整流二极管整流电路分析

电力网供给用户的是交流电，而各种无线电装置需要用直流电。整流，就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。下面介绍利用晶体二极管组成的各种整流电路。

1、半波整流电路

（图1）半波整流电路

图1是一种最简单的整流电路。它由电源变压器B 、整流二极管D 和负载电阻RL 组成。变压器把市电电压（多为220V或380V）变换为所需要的交变电压u2，D 再把交流电变换为脉动直流电。半波整流原理：变压器砍级电压u2，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的波形如图所示。

在0～K时间内，u2为正半周即变压器上端为正下端为负。此时二极管承受正向电压面导通，u2通过它加在负载电阻RL上，在π～2π 时间内，u2为负半周，变压器次级下端为正，上端为负。这时D承受反向电压，不导通，RL上无电压。在π～2π时间内，重复0～π 时间的过程，而在3π～4π时间内，又重复π～2π时间的过程。这样反复下去，交流电的负半周就被“削”掉了，只有正半周通过RL，在RL上获得了一个单一右向（上正下负）的电压，从而达到了整流的目的，但是，负载电压Usc以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。

这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc =0.45e2 ）因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。

2、全波整流电路(单向桥式整流电路)

如果把整流电路的结构作一些调整，可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。
（图2）全波整流电路

全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从而引出大小相等但极性相反的两个电压。如图所示，全波整流不仅利用了正半周，而且还巧妙地利用了负半周，从而大大地提高了整流效率（Usc＝0.9e2，比半波整流时大一倍）。

注：图所示的全波整滤电路，需要变压器有一个使两端对称的次级中心抽头，这给制作上带来很多的麻烦。

另外，这种电路中，每只整流二极管承受的最大反向电压，是变压器次级电压最大值的两倍，因此需用能承受较高电压的二极管。

3、桥式整流电路

桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，只要增加两只二极管口连接成“桥”式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。
图3）单相全波桥式整流电路

桥式整流电路的工作原理如下：u2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成u2、Dl、RL 、D3通电回路，在RL上形成上正下负的半波整洗电压，u2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成u2、D2、RL 、D4通电回路，同样在RL 上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在RL 上便得到全波整流电压。

注：从图3中还不难看出，单相全波桥式整流电路其波形图和全波整流波形图是一样的。
但是桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整洗电路小一半！

三、整流二极管的选择和运用

需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。
（图4）二极管并联使用电路

二极管并联的情况：两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半，三只二极管并联，每只分担电路总电流的三分之一。理论上讲：总之，有几只二极管并联，流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是，在实际并联运用时，由于各二极管特性不完全一致，不能均分所通过的电流，会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器，使各并联二极管流过的电流接近一致。

注：均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大，R应选得越小。

（图5）二极管串联使用电路

二极管串联的情况：理想上讲：有几只管子串联，每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。但是，在实际并联运用时，由于每只二极管的反向电阻不尽相同，会造成电压分配不均：内阻大的二极管，有可能由于电压过高而被击穿，并由此引起连锁反应，逐个把二极管击穿。在二极管上并联的电阻R，可以使电压分配均匀。

注：均压电阻可取阻值大点，如1K。

常用整流二极管
这里选用1N4001 1A 50V 1.0V DO-41。

1.3 发光二极管

作用：发光！
发光二极管（Light Emitting Diode）简称LED，是一种会发光的半导体组件且具备二极管的电子特性。本篇文章将介绍下LED的基础知识。

工作原理

发光二极管核心是二极管的空穴和电子在电压作用下从电极流向PN结。当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光的形式释放出能量。如下所示：
LED根据不同的使用材料，发出不同的颜色（发光波长）。下图是可见光的波长分布：
白色光是复合产生的，下面是常用的两种方法。

蓝色LED＋黄色荧光体

蓝色LED与其辅助色即黄色荧光体组合，获得白色光。该方式与其他方式相比，结构简单、效率高，因此目前已成为主流。

2.RGB复合得到

光的三基色通过配合可以得到任何颜色的光，该方式比起照明用途，更多的用于全彩LED显示设备。

LED分类与种类

直插式

按外观分类：一般圆柱型外观有3mm,5mm,8mm等。
一般根据引脚长短区分正负极（长正短负）。
表贴式

根据外形分类：0402，0603，0805，1206，3030，3528，5050等等。

电学特性

伏安特性

A点是开启电压，电压开启点以前是截止状态。从A点以后随着电压的升高，电流以指数形式增加。AC段为正向工作区，LED与普通二极管正向导通电压要高一般大于1V。下图是不同颜色在20mA工作电流下正向导通电压。

正向导通电流：正常情况下不应超过最大值的60%。
最大反向电压：当加载反向电压超过一定值后，LED将会烧毁。
反向漏电流：正向电压下，反向漏电刘是少子的运动很小，一般＜10uA。反向漏电流越小，说明LED单向导电性越小。
功耗：正向导通电流*正向导通电压即为消耗功率。应保证小于最大允许功率

LED电路

串联电路
当LED以恒压驱动方式串联点亮时，通常如下图所示，电路中包含与LED串联的电阻，用于控制电流。限流电阻值由正向电压和电流计算所得。
并联电路
将LED以恒压驱动方式并列排列时，建议给每列LED加入控制电阻。

1.4 肖特基二极管

肖特基二极管的工作原理
肖特基二极管，本质上就是金属和半导体材料接触的时候，在界面半导体处的能带弯曲，形成了肖特基势垒。
这个定义比较官方，估计看一眼就忘记了。

那么如何通俗理解呢？

其实就是金属和半导体接触的时候，电子会从半导体跑到金属里面去。半导体失去电子，就会带正电，形成空间电荷区（不可移动的正离子构成），这个空间电荷区，会阻止半导体的电子继续向金属移动，也就是说形成了肖特基势垒。
当在这个势垒上面加上正向电压（金属电压>半导体电压），那么半导体和金属之间的势垒就降低了。如此一来呢，电子就会从半导体流向金属，从而形成正向电流。

反之，当加上反向电压，势垒被加大，电流基本为0，也就是说反偏截止了。

这，就是肖特基二极管的工作原理。

仔细深究二极管原理肖特基二极管工作原理

肖特基（Schottky）二极管，又称肖特基势垒二极管（简称 SBD），它属一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒）即二极管由流过正向电流的导通状态，切换到不导通状态所需的时间，正向导通压降仅0.4V左右。其多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频器等中比较常见。

肖特基二极管和一般整流二极管最大的差异在于反向恢复时间，也就是二极管由流过正向电流的导通状态，切换到不导通状态所需的时间。一般整流二极管的反向恢复时间大约是数百nS，若是高速二极管则会低于一百nS，肖特基二极管没有反向恢复时间，因此小信号的肖特基二极管切换时间约为数十pS，特殊的大容量肖特基二极管切换时间也才数十pS。由于一般整流二极管在反向恢复时间内会因反向电流而造成EMI噪声。肖特基二极管可以立即切换，没有反向恢复时间及反相电流的问题。

SBD具有开关频率高和正向压降低等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于60V，最高仅约100V，以致于限制了其应用范围。像在开关电源（SMPS）和功率因数校正（PFC）电路中功率开关器件的续流二极管、变压器次级用100V以上的高频整流二极管、RCD缓冲器电路中用600V～1.2kV的高速二极管以及PFC升压用600V二极管等，只有使用快速恢复外延二极管（FRED）和超快速恢复二极管（UFRD）。目前UFRD的反向恢复时间Trr也在20ns以上，根本不能满足像空间站等领域用1MHz～3MHz的SMPS需要。即使是硬开关为100kHz的SMPS，由于UFRD的导通损耗和开关损耗均较大，壳温很高，需用较大的散热器，从而使SMPS体积和重量增加，不符合小型化和轻薄化的发展趋势。因此，发展100V以上的高压SBD，一直是人们研究的课题和关注的热点。
SBD的主要优点包括两个方面：
　　1）由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度，故其正向导通门限电压和正向压降都比PN结二极管低（约低0.2V）。
　　2）由于SBD是一种多数载流子导电器件，不存在少数载流子寿命和反向恢复问题。SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间，完全不同于PN结二极管的反向恢复时间。由于SBD的反向恢复电荷非常少，故开关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适合于高频应用。
　　但是，由于SBD的反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以反向击穿电压比较低。由于SBD比PN结二极管更容易受热击穿，反向漏电流比PN结二极管大。

选用：
肖特基二极管分为有引线和表面安装（贴片式）两种封装形式。

采用有引线式封装的肖特基二极管通常作为高频大电流整流二极管、续流二极管或保护二极管使用。
它有单管式和对管（双二极管）式两种封装形式。

肖特基对管又有共阴（两管的负极相连）、共阳（两管的正极相连）和串联（一只二极管的正极接另一只二极管的负极）三种管脚引出方式。
肖特基二极管优势：

1：低压降，损耗电压小。

2：开关速度快，损耗小，适用于高频电路。

肖特基二极管劣势：

1：反向偏压较低，承受不了过大的反向电压。

2：反向漏电是正温度系数的，当温度升高，IR反向漏电会随之增大（这是设计工作者们容易忽略的参数）。

三、肖特基二极管选型关键参数：

1：VR 连续反向电压。若肖特基两端的反向电压超过此电压，则肖特基将被击穿导通。

2：VF正向导通压降。这是肖特基导通时两端的压降。

3：IF连续正向电流。若肖特基正向导通的电流超过该值，则肖特基将被烧断截止。

4：IR反向漏电流。根据肖特基的特点，该参数会随着温度的升高而增大，因此，设计者在设计PCB或者考虑使用环境时，应当把反向漏电考虑在设计中。

5：TRR反向恢复时间。这个参数直接决定了该肖特基能用在多高频的电路里。

6：IFSM最大浪涌电流。肖特基允许流过过大电流，但该电流必须是瞬时电流。

1.5 光电二极管

1.6 隧道二极管

1.7 稳压二极管

一、稳压二极管
稳压二极管，又名齐纳二极管，其工作原理一种用于稳定电压的单结二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。

在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。其伏安特性见图1，稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。
二、稳压二极管稳压电路图分析
D1为稳压二极管，与负载R2并联，R1为限流电阻。
若电网电压升高，即电路的输入电压Vin也随之升高，引起负载电压Vout升高。由于稳压管D1与负载R2并联，Vin只要有一点增长，就会使流过稳压管的电流急剧增加，使得I也增大，限流电阻R1上的电压降增大，从而抵消了Vout的升高，保持负载电压Vout基本不变。反之，若电网电压降低，引起Vin下降，造成Vout 也下降，则稳压管中的电流急剧减小，使得I减小，R1上的压降也减小，从而抵消了Vin的下降，保持负载电压Vout基本不变。若Vin不变而负载电流增加，则R1上的压降增加，造成负载电压Vout下降。Vout只要下降一点点，稳压管中的电流就迅速减小，使R1上的压降再减小下来，从而保持R1上的压降基本不变，使负载电压Vout得以稳定。
综上所述可以看出，稳压管起着电流的自动调节作用，而限流电阻起着电压调整作用。稳压管的动态电阻越小，限流电阻越大，输出电压的稳定性越好。
稳压二极管串联使用：
三、稳压二极管的性能
稳压管稳压性能的好坏，可以用它的动态电阻r来表示：

r = (电压的变化量△U)/(电流的变化量△I)

显然，对于同样的电流变化量ΔI，稳压管两端的电压变化量ΔU越小，动态电阻越小，稳压管性能就越好。稳压管的动态电阻是随工作电流变化的，工作电流越大。动态电阻越小。因此，为使稳压效果好，工作电流要选得合适。工作电流选得大些，可以减小动态电阻，但不能超过管子的最大允许电流（或最大耗散功率）。各种型号管子的工作电流和最大允许电流，可以从手册中查到。稳压管的稳定性能受温度影响，当温度变化时，它的稳定电压也要发生变化，常用稳定电压的温度系数来表示这种性能例如2CW19型稳压管的稳定电压Uw= 12伏，温度系数为0.095%℃ ，说明温度每升高1℃，其稳定电压升高11.4毫伏。为提高电路的稳定性能，往往采用适当的温度补偿措施。在稳定性能要求很高时，需使用具有温度补偿的稳压，如2DW7A、2DW7W、2DW7C 等。

四、稳压二极管的主要参数
1.Vz— 稳定电压。

指稳压管通过额定电流时两端产生的稳定电压值。该值随工作电流和温度的不同而略有改变。由于制造工艺的差别，同一型号稳压管的稳压值也不完全一致。例如，2CW51型稳压管的Vzmin为3.0V, Vzmax则为3.6V。

2.Iz— 稳定电流。

指稳压管产生稳定电压时通过该管的电流值。低于此值时，稳压管虽并非不能稳压，但稳压效果会变差;高于此值时，只要不超过额定功率损耗，也是允许的，而且稳压性能会好一些，但要多消耗电能。

3.Rz— 动态电阻。

指稳压管两端电压变化与电流变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变，一般是工作电流愈大，动态电阻则愈小。例如，2CW7C稳压管的工作电流为5mA时，Rz为18Ω;工作电流为1OmA时，Rz为8Ω;为20mA时，Rz为2Ω ; > 20mA则基本维持此数值。

4.Pz— 额定功耗。

由芯片允许温升决定，其数值为稳定电压Vz和允许最大电流Izm的乘积。例如2CW51稳压管的Vz为3V，Izm为20mA，则该管的Pz为60mW

5.Ctv— 电压温度系数。

是说明稳定电压值受温度影响的参数。例如2CW58稳压管的Ctv是+0.07%/°C，即温度每升高1°C，其稳压值将升高0.07%。

6.IR— 反向漏电流。

指稳压二极管在规定的反向电压下产生的漏电流。例如2CW58稳压管的VR=1V时，IR=O.1uA;在VR=6V时，IR=10uA。

五、选择稳压二极管的基本原则

1.要求导通电压低时选锗管;要求反向电流小时选硅管。
2.要求导通电流大时选面结合型;要求工作频率高时选点接触型。
3.要求反向击穿电压高时选硅管。
4.要求耐高温时选硅管。

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