二极管知识大全.doc

录
封面

二极管的结构特性 ……………………………………………………………… 1

二极管的工作原理……………………………………………………………………2

二极管的分类………………………………………………………………………3-4

二极管的主要技术参数指标…………………………………………………………5.

二极管的主要作用……………………………………………………………………6

怎样选择合适的二极管………………………………………………………………7

时间：2012-2-24

1 二极管的结构
半导体二极管主要由一个PN结加上电极、引出断线和管壳构成的。P型半导体引出的电极为二极管的正极，N型半导体引出的电极为负极。二极管的基本特性与PN结的基本特性相同。
，
图 1结构图（可双击该图用AUTOCAD软件观看）

2 二极管的特性
普通二极管最显著的特点是其单向导电性，根据此特性二极管常用于电子线路中，起到整流、检波、稳压等作用，二极管的特性曲线如图 2。

图 2典型二极管的特性曲线及其分区

3 工作原理
二极管的基本原理是根据二极管的伏安特性，正向导通反向截止，可将双向变化的交流电转换成单向脉动的直流电，此转换过程称为整流；利用PN结反向击穿时，电流在较大的范围内变化而端电压基本不变的特性，制成特殊二极管，称为稳压二极管。
3.1 2中1区为正向死区。PN结上加了正向偏压但仍无电流，该区宽度随材料而不同：硅管是0.5V,锗管是0.7V。
3.2 2中2区为正向导通区。PN结上加了正向偏压后，正向电流呈指数规律明显上升。
3.3 2中3区为反向截止区。PN结上加了较大的反向偏压后，在很大的电压范围内维持一个很小的固定的反向漏电流。
3.4 2中4区为反向击穿区。PN结上加了较大的反向偏压后，在某个电压值上，PN结被击穿引起迅速上升的反向电流。一般的整流、检波二极管一到此区就被加在其上的高压大电流烧毁。但是，专门设计用来工作在此区的二极管，只要设法将热量及时导出，同时在电路中限制电流的最大值，它就可以正常工作，一般应用该区的二极管是专门生产的稳压二极管。
4 二极管的分类
4.1二极管按制造材料不同，分为硅和锗二极管。
表 1列出了两种材料的区别。
表 1 两种材料的区别
制造材料
死区电压值
反向电流级别
硅材料
0.5V
uA级
锗材料
0.7V
mA级
4.2按结构不同分为点接触型（管脚式）和面接触型（表面安装式）；
表 2列出了不同接触型的区别
表 2 点接触型和面接触的区别
接触形式
封装形式
结面积
反向电压和大电流承受能力
高频特性
应用场合
点接触型
管脚式
小
小
好
高频检波、数字电路开关、小电流整流
面接触型
表面安装式
大
大
差
低频电路开关、大电流整流
4.3按作用不同分为普通二极管、稳压二极管、变容二极管、光电二极管、肖特基二极管、发光二极管及激光二极管。
4.3.1二极管
主要是根据二极管在正向导通反向截止的特性，可将双向变化的交流电转换成单向脉动的直流电，在电路中起到整流以及数字开关的作用。
4.3.2稳压二极管
利用PN结反向击穿特性来进行稳定电压。在反向击穿工作状态下，只要流过稳压二极管的反向电流不超过管子的最大允许值，PN结就不会过热烧坏，且能长期工作。
4.3.3变容二极管
该管的结电容随反向电压的增加而减小，同一管子的最大电容和最小电容之比为5：1。变容二极管在高频技术（通信、视频）中有广泛的应用。
4.3.4 光电二极管
光电二极管的结构也是一个PN结，但在PN结处的管壳上方备有一个窗口能接受外部的光照。它被广泛应用于电光子技术中，将光信号转化成电信号。也应用于光耦中，起到隔离强弱电的作用。
4.3.5 发光二极管
发光二极管通常加入元素周期表中Ⅲ、Ⅴ族元素的化合物半导体，如砷化镓、磷化镓等制成。这种二极管在通入正向电流时，发出红、黄、绿等可见光。这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。在发光二极管的基础上，又可制成激光二极管，它发射的是红外线。现在遥控器上应用的就是这种二极管。描述：红外发射管HS5100 专用号为：020031039000078
4.3.6肖特基二极管
这种二极管是金属和杂质半导体接触而形成的结加上电极引线封装而成，也具有单向导电性。这种管子基于肖特基效应原理制成，故称为肖特基二极管，这种管子特点是存储电荷非常少，因此在正向导通转换为反向截止时所需开关时间很短。这种管子死区电压很小。该二极管常用于混频与检波，以及数字电路。
图形符号如下表 3：
表 3 各种二极管在电路中的图形符号
普通二极管
稳压二极管
变容二极管
光电二极管
发光二极管
肖特基二极管

4.4按照封装形式分
4.4.1安装玻璃式（单位：mm）图示如表 4。
表 4 安装玻璃式 单位：mm

封装
LLDS（LL-34）
尺寸A
3．4
尺寸B
1．5

目前常用的RLS4148二极管就是这种规格的二极管。
4.4.2脚式（单位：mm）图示如表 5。
表 5 安装脚式 单位：mm

封装
MSD（DO-34）
GSD（DO-35）
MSR（DO-41）
小型
尺寸A
2．7
3．7
3．0
尺寸B
1．8
1．8
2．5
目前我们选用的IN4148（020031039000008）二极管就是GSD（DO-35）这种规格的二极管。
4.4.3表面安装式模压型（单位：mm）图示如表6。
表 6 安装模压示 单位；mm
封装规格（系列）

EMD系列（1608）
封装
EMD2（SOD-523）
EMD3（SOT-416）
EMD4
尺寸A
1.2
1.6
1.6
尺寸B
0.8
0.8
1.2
UMD系列（2012）
封装
UMD2（SOD-323）
UMD3（SOT-323）
UMD4（SOT-343）
尺寸A
1.7
2.0
2.0
尺寸B
1.25
1.25
1.25
SSD系列（2913）
封装
---
SSD3(SOT-23)
---
尺寸A
2.9
尺寸B
1.3
SMD系列（2916）
封装
---
SMD3(SOT-346)
SMD4(SC-61A)
尺寸A
2.9
2.9
尺寸B
1.6
1.6
PMDU系列（2616）
封装
PMDU(SOD-123)
---
---
尺寸A
2.6
尺寸B
1.6
PMDS系列（4526）
封装
DMDS(SOD-106)
---
---
尺寸A
4.5
尺寸B
2.6
5 二极管的主要参数指标：（环境温度为25℃）
5.1开关二极管参数
5.1.1最大整流电流IF
指二极管在一定散热条件下长期工作时，所允许流过的最大正向平均电流。它由PN结的结面积和散热条件决定。
5.1.2最大反向工作电压峰值UR
指二极管运行时允许承受的最大反向电压。通常将二极管的击穿电压的一般定为UR。
5.1.3反向电流IR
指在室温和最大反向工作电压下的反向电流。其值越小，二极管的单向导电性越好。环境温度对IR影响很大，使用时要充分注意。
5.1.4最高工作频率fmax
该值由PN结的结电容大小来决定。超过此值，二极管的导电性能变差，甚至会失去单向导电性。当二极管工作在高频环境下才考虑。
5.1.5导通时间trr
二极管在有正向电压加于PN结，到二极管导通的时间。
5.2 稳压二极管(又称齐纳二极管)
主要应考虑以下几个参数：
5.2.1稳定电压Uz
指稳压管反向电压为规定值时，稳压管两端的电压。对于同一型号的稳压管，UZ的值也不完全相同，一般给出一个范围，如2DW7的UZ范围为6.1 V -6.5V。
5.2.2最大稳定电流Iz
维持稳定电压的工作的电流。它是在一个范围内变化的，当工作电流低于此值时，稳压效果很差，甚至不能实现稳压。
5.2.3稳态电阻Rz
定义为RZ=ΔUZ/ΔIZ。RZ值越小，稳定性越好。
5.2.4最大允许耗散功率PZMAX
管子不致过热而损坏PN结所允许的最大功率损耗。
公式如下：PZMAX=UZIZMAX
5.2.5温度系数α
α是UZ随温度变化的大小。定义α=ΔUZ/ΔT×100%。对于稳压管，UZ小于4V时α为负，UZ大于7V时α为正；4V≤α≤7V时，α最小。结型二极管中损耗的功率是VD×ID，使结温升高。温度对二极管的特性是有影响的。所以结温必须保持远小于300℃，以免破坏内部金属化层及焊接合金。膨胀与收缩会在不同材料的界面上产生高剪切力。温度太高时，本征载流子浓度太高，不利于正常工作。厂家一般规定了最大容许结温。其典型值对锗二极管是100℃，对硅二极管是175℃。
5.2.6限流电阻的选择
因为稳定电流IZ的取值是一个范围，故限流电阻R可在一个范围内取值。为保证稳压电路可靠地工作，R的选择应保证IZ在正常工作范围内。设稳压二极管所允许的最小工作电流为Izmin，最大工作电流为Izmax，电网电压最高时整流滤波电路的输出电压为Uimax，最低时为Uimin；负载电流的最大值为Iomax，最小为Iomin。根据下列公式可计算出R的取值范围：
（Uimax-Uz）/（Iomin+Izmax）<R<（Uimax-Uz）/（Iomax+Izmin）。
6 二极管的主要作用
6.1整流作用
利用二极管的单向导电性，可将双向变化的交流电转换成单向脉动直流电。整流二极管应用于单向半波整流电路、单向桥式整流电路及倍压整流电路中。
6.2稳压作用
经整流滤波后的直流电压，不能保证是稳定的。因为整流滤波电路存在内阻，当负载电阻改变时输出的直流电压会随之改变，因此在整流滤波电路后必须采用能实现稳定直流电压作用的电路，即直流稳压电路。
7 怎样选择合适的二极管
7.1 整流二极管
7.1.1单向半波整流电路
如图 3所示，在单向半波整流电路中，加于整流电路的交流电压和流过二极管二极管导通时压降几乎为零。流经二极管的电流即负载电流Io；二极管截止时承受电压为反向电压，其最大值为1.414U2。

图 3 单向半波整流电路图示
所以选择二极管时应满足以下条件：
Iom >Io； URM >1.414U2。
（即Iom>0.45Uo/RL；URM>1.414U2）
式中：
IOM―――为二极管最大整流电流；
URM―――为二极管最大反向峰值电压；
IO―――为电路负载电流；
U2―――为变压器输出电压；
R―――为直流负载电阻。
7.1.2单向桥式整流电路
如图1-4所示，在桥式整流电路中，二极管两两轮流导通，即在一个电源周期内，每对工作半个周期，所以流过每个管子的平均电流为1/2I0，每半个周期二极管承受的最大反向电压峰值为1.414U2。

图 4 单相桥式整流电路示图

桥式整流电路对二极管的要求是：
Iom≥1/2Io=0.45Uo/Rl；
URM≥1.414U2
式中：
IOM―――为二极管最大整流电流；
URM―――为二极管大反向峰值电压；
IO―――为电路负载电流；
U2―――为变压器输出电压；
R―――为直流负载电阻。
7.2稳压二极管
7.2.1选择稳压管主要参数是稳定电压值Uz和最大稳定反向电流值Iz。

图5 稳压管稳压电路
稳压管的工作原理如图5，图中Ui为输入电压，U0为输出稳压电压，IR=IZ+Io，R为限流电阻，稳压过程可以简述为：
Ui Uo(Uz) Iz IR UR Uo
7.2.2限流电阻的选择
因为稳定电流IZ的取值是一个范围，故限流电阻R可在一个范围内取值。为保证稳压电路可靠的工作，R的选择应保证Iz在正常工作范围内。设稳压二极管所所允许的最小工作电流为Izmin,最大的工作电流为Izmax;电网电压最高时整流滤波电路的输出电压为Uimax，最低时为Uimin；负载电流的最大值为Iomax，最小值为Iomin。在上述条件下选择限流电阻R取值应在以下范围内：

Uimax － Uz Uimax －Ｕz
＜R＜
Iomin + Izmax Izmin + Iomax

VIII