二極管的基本介紹

1、二極管是最簡(jiǎn)單的雙極性半導(dǎo)體，A為正極，B為負(fù)極，具有單向?qū)щ姽δ埽?a href="http://www.qldv.cn/tags/電流/" target="_blank">電流從A流向B。

2、當(dāng)A和B兩端的電壓差≥0.7V時(shí)，即A端電壓減去B端電壓≥0.7V，二極管導(dǎo)通，反之二極管不導(dǎo)通，相當(dāng)于開路。

3、二極管的伏安特性曲線

圖a：二極管實(shí)際的特性曲線(即二極管兩端電壓隨電流增大而增大)。

圖b：二極管等效的特性曲線(即實(shí)際使用時(shí)，二極管兩端電壓默認(rèn)為0.7V，無論兩端電流多大，兩端電壓不變，為0.7V)。

二極管的進(jìn)階介紹

低頻時(shí)，二極管就是簡(jiǎn)單的單向?qū)ǎ珹和B兩端電壓差≥0.7V時(shí)，二極管導(dǎo)通;低于0.7V時(shí)，二極管不導(dǎo)通，處于開路狀態(tài)。

高頻時(shí)，二極管的單向?qū)ㄌ匦圆⒉皇掷硐耄O管從圖a變成了圖b,二極管并聯(lián)了一個(gè)電容(即結(jié)電容)。

因?yàn)楦哳l時(shí)結(jié)電容的出現(xiàn)，二極管從單向?qū)щ娮兂闪穗p向?qū)щ姡措娏骺梢詮腁流向B，也可以從B流向A，但是反向?qū)щ姴皇且恢笨梢詫?dǎo)電，只是導(dǎo)通一段時(shí)間trr，因?yàn)楫?dāng)前技術(shù)和生產(chǎn)工藝，結(jié)電容不可避免，只能盡量的減小trr。

二極管的分類

因?yàn)榻Y(jié)電容的存在，根據(jù)trr值的大小，分出了三種二極管

整流二極管：trr的值在ms級(jí)別。

快恢復(fù)二極管：trr小于200ns。

肖特基二極管：trr的值在10ns級(jí)別，兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)通壓降小，恢復(fù)軟度大(不易產(chǎn)生反向恢復(fù)電壓)，特別適合低壓開關(guān)電源使用。

一般來說，trr越小，二極管價(jià)格越高。

二極管的特性引申

1、發(fā)光二極管，即LED燈(見下圖)

伏安特性基本與普通二極管一致，決定發(fā)光二極管亮度的是電流，不是電壓，不同顏色LED燈導(dǎo)通電壓是不一樣的，具體需要看每家廠商LED燈的datasheet。

LED燈做指示燈時(shí)，電壓源串聯(lián)限流電阻使用。

LED燈做照明燈時(shí)，使用恒流源供電。

2、穩(wěn)壓二極管(見下圖)

穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管，其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變，原理是利用伏安特性的反向特性(前面介紹的伏安特性是指伏安特性的正向特性)，見下圖，第一象限里的是正向特性，第三象限里的是反向特性。

當(dāng)電流在Iz至Izm之間時(shí)，電壓保持在Uz。

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓的本質(zhì)

穩(wěn)壓二極管是依靠改變電流來實(shí)現(xiàn)端電壓的穩(wěn)定的，如下圖，穩(wěn)壓管是不可能穩(wěn)出5V電壓的。

如下圖a，Vout也不可能是5V的，因?yàn)镽L和R1兩電阻串聯(lián)分壓使的Vout僅為0.9V。

如下圖b,如果將R1的阻值改為≤1KΩ時(shí)，Vout為5V。

3、TVS二極管

TVS是一種特殊的二極管雪崩器件，其工作原理和齊納二極管類同。見下圖，圖a是雙向的TVS管，沒有正負(fù)極之分，圖b是單向的TVS管，和穩(wěn)壓管的符號(hào)相同，有方向，A是正極，B是負(fù)極。

當(dāng)TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，可以迅速將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖及雷擊的損壞，各種總線端口使用的非常頻繁。

二極管在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用(以下內(nèi)容部分參考來源「Me sl ·」博主)

1. 防反作用

串聯(lián)一個(gè)二極管，利用二極管的單向?qū)щ姷奶匦裕瑢?shí)現(xiàn)了最簡(jiǎn)單可靠的低成本防反接功能電路。這種低成本方案一般在小電流的場(chǎng)合，類似小玩具等。因?yàn)槎O管導(dǎo)通會(huì)有一個(gè)0.7V(硅管)的導(dǎo)通壓降，如果實(shí)際電流很大的話，那么就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)熱損耗，會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱。而且如果反接的電壓很大的話，超過反向截止電壓，也會(huì)擊穿二極管本身，導(dǎo)致二極管失效，起不到防反接的功能，從而不能起到保護(hù)后級(jí)電路的作用了。

2.泄放作用

如下圖所示，D1~D3為TVS管，當(dāng)RS485線纜上受到浪涌或者雷擊時(shí)，TVS管可以瞬間泄放巨大能量，確保后級(jí)電路不受干擾。

3. 整流作用

整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，習(xí)慣上稱單向脈動(dòng)性直流電壓。

4. 穩(wěn)壓作用

具備穩(wěn)壓作用的二極管叫做穩(wěn)壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管。利用PN結(jié)反向擊穿狀態(tài)，其電流可在很大范圍內(nèi)變化而電壓基本不變，其基本電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。

5. 續(xù)流作用

續(xù)流二極管都是并聯(lián)在線圈(感性元器件)的兩端，線圈在通過電流時(shí)，會(huì)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電流消失時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)電路中的元件產(chǎn)生反向電壓。當(dāng)反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時(shí)，會(huì)把原件如三極管，等造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在線 兩端，當(dāng)流過線圈中的電流消失時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過二極管和線圈構(gòu)成的回路做功而消耗掉。從而保護(hù)了電路中的其它元件的安全。常見的電路結(jié)構(gòu)如下。(HF49FD 功率繼電器)

又或者BUCK芯片電路中的續(xù)流二極管

6. 檢波作用

峰值檢波電路是對(duì)輸入信號(hào)幅值的最大值進(jìn)行檢測(cè)，其工作原理是：當(dāng)輸入電壓幅度大于二極管正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出電壓加在電容C1上，電容兩端充電完畢，當(dāng)輸入電壓幅值低于先前輸入電壓幅值時(shí)，二極管處于反偏截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)，電容兩端的電壓基本保持不變;若再輸入信號(hào)，輸入電壓幅度必須高于此時(shí)電容兩端的電壓(即加在二極管的正向電壓)，二極管才能導(dǎo)通。

7. 倍壓作用

下圖是一個(gè)2倍壓電路原理圖，其工作過程大概分析如下：

電源負(fù)半周時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，D2截止，電流從電源下端流出經(jīng)過D1, C1回到電源，因此電容C1右正左負(fù)，如下圖中紅色箭頭。電源正半周時(shí)，電容C1上的電壓疊加電源電壓，使二極管D2導(dǎo)通，二極管D1截止，電容C2上正下負(fù)，峰值電壓可達(dá)2倍電源的峰值電壓，即實(shí)現(xiàn)二倍壓，該半周期時(shí)電流走向如下圖中桔色箭頭所示。

8. ADC檢測(cè)口電壓鉗位作用

(鉗位電路)在一些ADC檢測(cè)電路中會(huì)用兩個(gè)二極管進(jìn)行鉗位保護(hù)，原理很簡(jiǎn)單，0.7V為D1和D2的導(dǎo)通壓降，Vin進(jìn)來的電壓大于等于3.3V+0.7V時(shí)，D35導(dǎo)通，Vout會(huì)被鉗位在4V;Vin小于等于-0.7V時(shí)，Vout被鉗位在-0.7V左右。

審核編輯：湯梓紅