一文读懂二极管 | 元器件科普

二极管（Diode），是电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过（称为顺向偏压），我们通常称之为“整流（Rectifying）”功能。反向时阻断 （称为逆向偏压）。因此，可以把二极管想象成是电子版的逆止阀。

二极管的应用很多，包括整流、检波、开关、变容、发光、稳压等，大部分应用使用的是二极管整流的功能。

二极管的结构组成二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。

由P区引出的电极称为阳极，N区引出的电极称为阴极。因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。

二极管的电路符号如图所示。二极管有两个电极，由P区引出的电极是正极，又叫阳极；由N区引出的电极是负极，又叫阴极。三角箭头方向表示正向电流的方向，二极管的文字符号用VD表示。

二极管的发展历史及原理特性

简单的介绍一下二极管的历史和原理。

1. 真空管以前・・・

发现二极真空管里有整流特性和爱迪生效果是1884年。其实在这8年之前的1876年已发现了硒的整流作用。利用半导体特性实现整流效果的二极管的历史十分古老。但比真空管还要古老是稍微意外吧。

2. 鍺，接下来硅

当初原始的二极管-硒整流器和矿产检波器是，使用黄铁矿和方铅矿等天然亚酸化铜（多结晶半导体）。

其后，经过精炼技术的进步，转移到了鍺，硅等高感度稳定生产的单结晶半导体的时代。鍺对热特性弱，现在几乎都使用硅。

3. 从PN结合诞生的整流效果

二极管素子是PN结合的构造。P形半导体端的端子叫阳极，N形半导体端的端子叫做阴极。

电流只能从阳极流到阴极，从阴极到阳极几乎没有电流流过。

这个效果叫整流效果，换句话说，就是把交流变换直流的作用。

4. 二极管就是开关

二极管的作用直说就是开关，电流的开关。把电流用水流比喻的话，阳极是上流，阴极是下流，水从上流到下流能流下去，就是说电流能流下去，但从下流不能流到上流。这就是二极管的整流作用。

5. 结合构造也有多样

二极管的接合构造现在大有PN结合和肖特基形。前者是半导体和半导体结合，细分有扩散接合形和台地形。后者是半导体和金属之间发生的效果。结合这个语言通常不在二极管里表现。在这里为了容易理解分列在这里。

6. 顺方向特性和逆方向特性

二极管有阳极和阴极两个端子，阳极 (+)，阴极 (-)。从阳极到阴极流过电流时的特性叫做顺方向特性，例VF，IF。相反，从阳极 (-) 向阴极 (+) 加电流时，二极管基本上无电流流过，这时的特性叫做逆方向特性，例VR，IR等逆方向特性。

二极管的分类

二极管有按使用回路的功能和制品的大小所要求形状的两种分类。麻烦的是这两种分类没有直接关连，所以经常要把两种同时放在脑里。可以理解为基本的功能加上各种各样的形状来补充。

1. 按频率分类

最基本的分类方法。二极管根据其特性分为整流二极管、开关二极管、肖特基势垒二极管、齐纳二极管、用于高频的高频二极管。另外，作为保护元件一般使用齐纳二极管，但随着周边电路的精密化、应用微细化，被要求使用更高性能的保护元件 — TVS (Transient Voltage Suppressor)。

2. 按结构分类

按素子构造来分类，主要分为现在主流的Planar形和耐高压的台地形。

平面型：

现在最常用的半导体结合的方法，在硅基板上形成氧化膜，在必要的地方开孔把不纯物扩散结合。

扩散结合形（PN结合形）：

把不纯物热扩散到硅半导体里，形成叫做P形，N形的不纯物扩散领域。这个结合部产生叫做电位墙壁的墙壁。

肖特基势垒型：

利用金属与半导体结合时产生的电位墙壁的叫做肖特基垫垒形。很久以前就知金属和半导体接触时拥有整流特性，但理论说明的人是Mr.Shotoky，因此这个构造的起名为肖特基垫垒。和PN形来比，恢复时间快，所以高频的整流效果非常好，还有顺方向电压也低，功耗也少，所以广泛用于高频整流。

台面型：

结合部像富士山，这个构造的逆电压 (VR) 容易变大，多用于整流二极管。耐压容易做大，但相反与Planar形相比逆电流也变大，我公司的整流二极管是这个构造。

3. 按正向电流的大小分类

按顺方向电流大小来分，IF未满1A的叫做小信号二极管，1A以上的叫做中功率/大功率二极管。

4. 按集成度分类

我公司的强点是二极管排列，是指二极管集聚的复合二极管。最近我公司充实齐纳二极管，肖特基二极管的复合品等丰富系列。

5. 按形状分类

封装，实际安装形状，二极管有各种各样的形装．大体分为插件形和贴片形。市场数年前开始贴片成为主流，我公司也拥有充实的贴片形系列。

二极管的应用

所有的电子电路中基本上都会用到二极管，它的特性也是非常之多，最主要就是单方向导电性。人们利用这些不同特性构成各种具体的应用电路。

① 整流二极管

整流二极管 (Rectifier Diode) 顾名思义，是指对商用频率的交流电进行整流的二极管。整流的主要目的是将交流转换为直流，其具有高电压、高电流特性。

另外，根据使用频率和使用条件不同，转换效率有所不同，提供低VF（正向电压）、高速开关型、低噪音等产品。

［整流电路的构成］

② 开关二极管

顾名思义，是指具有开关功能的二极管。此二极管具有正向施加电压时电流通过 (ON)，反向施加电压时电流停止 (OFF) 的性能。反向恢复时间 (trr) 短，与其他二极管相比，开关特性优异。

反向恢复时间 (trr)

反向恢复时间 (trr) 是指开关二极管从导通状态到完全关闭状态所经过的时间。一般关断后电子不能瞬间停止，有一定量的反向电流流过。其漏电流越大损耗也越大。还正在开发优化材料或扩散重金属从而缩短trr，抑制反冲后振荡（振铃）的FRD (Fast Recovery Diode) 等产品。

特点：trr是指电压变为反向后，直到电流变为零的时间。trr快速，则可以实现低损耗、高速开关。

③ 肖特基势垒二极管

一般的二极管是利用PN接合来发挥二极管特性，而肖特基势垒二极管是利用了金属和半导体接合产生的肖特基势垒。

与一般的PN结二极管相比，具有正向电压 (VF) 低，开关速度快的特点。但漏电流 (IR) 大，有如果热设计错误则引起热失控的缺点。

广泛用于电源部二次侧整流。其特性根据使用的金属不同而不同，ROHM利用多种金属，推出如下产品阵容。

低VF型 RB**1系列低IR型 RB**0系列车载用超低IR型 RB**8系列

特点：通过改变金属种类，可制造低VF型、低IR型产品。

关于热失控

肖特基势垒二极管在特性上会因正向电流大而导致发热。发热则漏电流 (IR) 变大，同时外壳温度、环境温度也上升。如果热设计错误，发热将高于散热，达不到热平衡持续发热。其结果漏电流 (IR) 也持续增加，最终元器件遭到损坏。这种现象叫做热失控。

特点：周围温度高，则引起热失控。

④ 恒压（齐纳）二极管

齐纳二极管利用电流变化时电压恒定的特点，用于恒压电路，作为防止IC免受浪涌电流、静电损坏的保护元件使用。其特点是一般的二极管是正向使用，而齐纳二极管是反向使用。反向击穿电压称为齐纳电压 (VZ) 、此时的电流值称为齐纳电流 (IZ) 。近年来随着电子设备的微细化／高功能化的不断发展，要求保护元件具备更高性能，在这种趋势下逐渐拉大与TVS (Transient Voltage Suppressor) 的差别。

特点：只有ZD利用了反向特性。

⑤ 高频二极管

引脚二极管举例：

由电阻值高的I型半导体制成，其特点是引脚间电容(CT)非常小。正向电压条件下,具有可变电阻特性，反向电压条件下,具有电容器特性。利用其高频特性（引脚间电容小，因此对通信线没有影响），作为高频信号开关（带天线的移动设备），衰减器，AGC电路用可变电阻元件使用。

引脚间电容 (CT) ？

二极管引脚间施加反向电压时，存储的电荷量称为引脚间电容(CT)。接合P层和N层，则空穴与电子结合，在界面形成电气特性为中性的耗尽层。耗尽层起到寄生电容器的作用，其电容值(CT) 与PN结的面积成正比，与距离 (d) 成反比。距离由P层、N层浓度等因素设计而成。向二极管施加电压，则耗尽层扩大，CT下降。根据使用的应用不同，其要求的CT值不同。

特点：耗尽层越宽（d大）CT越低。

来源：ROHM，经华秋商城整理发布，略有改动。