有關二極管的基礎知識

電子元件家族當中，有一種只允許電流由單一方向流過，具有兩個電極的元件，稱為二極管，英文是“Diode”，是現代電子產業的基石。

早期的二極管

早期的二極管包含“貓須晶體”(Cat's Whisker Crystals)和真空管(ThermionicValves)。

1904年，英國物理學家弗萊明根據“愛迪生效應”發明了世界上第一只電子二極管——真空電子二極管。它是依靠陰極熱發射電子到陽極實現導通。

電源正負極接反則不能導電，它是一種能夠單向傳導電流的電子器件。早期電子二極管存在體積大、需預熱、功耗大、易破碎等問題，促使了晶體二極管的發明。

晶體二極管

又稱半導體二極管。1947年，美國人發明。在半導體二極管內部有一個PN結和兩個引出端。

這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的傳導性。現今最普遍的二極管大多是使用半導體材料如硅、鍺。

由P型半導體和N型半導體相接觸時，就產生一個獨特的PN結界面，在界面的兩側形成空間電荷層，構成自建電場。

當外加電壓等于零時，由于PN結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態，這也是常態下的PN結。

以PN結為核心結構，加上引線或引腳形成單向導電的二極管。

當外加電壓方向由P極指向N極時，導通。

晶體二極管的伏安特性曲線如下：

外加電壓Uw方向為P→N時，Uw大于起動電壓，二極管導通。

外加電壓Uw方向為N→P時，Uw大于反向擊穿電壓，二極管擊穿。

晶體二極管性能參數

最大整流電流Idm：二極管連續工作允許通過的最大正向電流；電流過大，二極管會因過熱燒毀；大電流整流可加裝散熱片。

最大反向電壓Urm：Urm一般小于反向擊穿電壓，選規格以Urm為準，并留有余量；過電壓易損壞二極管。

反向飽和電流Is：二極管外加反向電壓時的電流值；Is反向擊穿前很小，變化也很小；Is會隨溫度的升高而升高，一般地，常溫下硅管Is<1μA，鍺管Is=30~300μA。

最高工作頻率Fm：指二極管能保持良好工作特性的最高工作頻率。

不同用途的二極管差異

整流二極管

大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱之為“整流(Rectifying)”功能，

將交流電能轉變為直流電能。

面接觸結構，多采用硅材料，能承受較大的正向電流和較高的反向電壓。性能較穩定，但因結電容較大，不宜工作在高頻電路中，所以不能作為檢波管使用。有金屬和塑料封裝。

檢波二極管

檢波二極管是用于把疊加在高頻載波上的低頻信號檢出來的器件，它具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。

鍺材料點接觸型、工作頻率可達400MHz，正向壓降小，結電容小，檢波效率高，頻率特性好，為2AP型。

類似點觸型那樣檢波用的二極管，除用于檢波外，還能夠用于限幅、削波、調制、混頻、開關等電路。也有為調頻檢波專用的特性一致性好的兩只二極管組合件。

多采用玻璃封裝或陶瓷外殼封裝，以獲得良好的高頻特性。

開關二極管

關二極管是半導體二極管的一種，是為在電路上進行“開”、“關”而特殊設計制造的一類二極管。它由導通變為截止或由截止變為導通所需的時間比一般二極管短。

開關二極管的勢壘電容一般極小，這就相當于堵住了勢壘電容這條路，達到了在高頻條件下還可以保持好的單向導電性的效果。

開關二極管從截止(高阻狀態)到導通(低阻狀態)的時間叫開通時間；從導通到截止的時間叫反向恢復時間；兩個時間之和稱為開關時間。一般反向恢復時間大于開通時間，故在開關二極管的使用參數上只給出反向恢復時間。開關二極管的開關速度是相當快的，像硅開關二極管的反向恢復時間只有幾納秒，即使是鍺開關二極管，也不過幾百納秒。

開關二極管具有開關速度快、體積小、壽命長、可靠性高等特點，廣泛應用于電子設備的開關電路、檢波電路、高頻和脈沖整流電路及自動控制電路中。

穩壓二極管

穩壓二極管，是指利用PN結反向擊穿狀態，其電流可在很大范圍內變化而電壓基本不變的現象，制成的起穩壓作用的二極管。