電工電子基礎之元件篇：二極管的種類和好壞判斷

     妙工科技總結：對于變頻器維修人員或者電工電子愛好者來講，所有單向二極管只記一個核心點，像最常見的整流電路、穩(wěn)壓電路時箭頭那端出正電壓，用指針萬用表測量二極管單身導通時紅表筆接箭頭這端，為正向導通。因為我們專業(yè)維修變頻器都不習慣用數(shù)字萬用表去測量二極管和三極管，數(shù)字萬用表是反的，測量二極管時有導通數(shù)值的時候黑表筆在箭頭那端。二極管箭頭那端是標準的負極，這點容易搞混，我們早期學徒弟的時候習慣把剪頭那端叫正極，家電維修的很我?guī)煾狄擦晳T這么叫，其實是錯的。

    無論是通過吸收光還是發(fā)射光子，半導體領域都有許多二極管類型。這些二極管類型可用于各種應用，例如整流、功率轉換、微波、光學、傳感、保護電路等。電子市場上的不同供應商提供不同類型的二極管。各類二極管都有多種功能，應用也很多，各有不同的分類方式。本文列出 30 種重要的二極管類型和符號，并根據(jù)其流行的功能及其應用對二極管類型進行了分類。整流二極管

1.PN結二極管PN 結二極管是用于整流、功率轉換、限幅和電壓電平轉換器的最基本的二極管類型?！岸O管”或“半導體二極管”和“PN 結二極管”經(jīng)常互換使用。PN結因其結構簡單而成為最常見的二極管類型之一。然而，“二極管”適用于更廣泛的設備。

PN結二極管是五價雜質(zhì)摻雜的P型和三價雜質(zhì)摻雜的N型半導體材料的組合，形成稱為“PN結”的結。當PN結二極管正向偏置時，它充當閉合開關并導通。但在反向偏置時，PN 結二極管充當斷開的開關來阻止電流流動。因此，PN 結二極管允許電流單向流動。

2. 齊納二極管

齊納二極管是類似于基本 PN 結二極管的二極管類型之一，但在反向偏壓下工作，用作電壓調(diào)節(jié)器、限幅電路、移位寄存器等。在正向偏壓下，齊納二極管的行為類似于普通 PN 結二極管類型。在反向偏壓下施加輸入電壓時，窄耗盡層允許電子從 P 側的價帶“隧道”進入 N 側的導帶。

電荷載流子隧道穿過重摻雜 PN 結中狹窄耗盡區(qū)的原理稱為“齊納效應”。由于耗盡層寬度極小，電子很容易隧道到另一側并導致反向的電流流動。

3.功率二極管

功率二極管是高功率電子二極管類型的一部分。就像大多數(shù)功率半導體器件一樣，功率二極管有一個額外的 N 層，也稱為漂移區(qū)。重摻雜的P+區(qū)和N-漂移區(qū)形成結。這兩層在重摻雜 N+ 層上外延生長。這種摻雜濃度和三層布置增加了高功率應用的電流和電壓額定值。

特點包括高擊穿電壓和電流處理能力。由于歐姆電阻增加，功率二極管類型必須散發(fā)過多的熱量，這使得散熱器成為合適的解決方案。功率二極管的應用包括直流電源、緩沖電路、電源整流、穩(wěn)壓、逆變器等。

4.整流二極管

整流器是在電路中執(zhí)行從交流電到直流電轉換功能的二極管類型之一。應用包括半波整流器和全波整流器。此外，整流二極管成組使用以執(zhí)行交流到直流功率轉換。此類應用之一是橋式整流器，它使用 4 或 6 個二極管對輸入信號進行整流。

整流二極管的工作原理是在連續(xù)的半周期內(nèi)導通和斷開。整流二極管在一個半周期內(nèi)正向偏置以導通，在另一個周期內(nèi)反向偏置以阻止電流流動。它切斷輸入波形的某些位置并傳遞所需的輸出。因此，可以通過整流二極管操作輕松獲得直流輸出。

5.肖特基二極管

在肖特基二極管中，沒有 PN 結，而是與 N 型或 P 型半導體接合的金屬。N型肖特基二極管類型包含N型材料和金屬，P型肖特基二極管由P型材料和金屬組成。在肖特基類型的二極管中，金屬和 N 型半導體之間的鍵合在二極管內(nèi)部形成一個結。

肖特基勢壘電位是電子穿過結所需的電壓。使用這種二極管的優(yōu)點是閾值電壓低于硅二極管的 0.7V，從而實現(xiàn)快速開關速度。肖特基二極管用于整流和轉換，但也適用于數(shù)字電子產(chǎn)品。示例包括 TTL 和 CMOS 邏輯系列應用。

6. 超級勢壘二極管

超級勢壘整流器 (SBR) 是 Diodes 公司的專有器件。與普遍看法相反，SBR 不是肖特基二極管，而是一種增強型二極管，它遵循 MOS 制造工藝，以獲得低正向電壓、更少漏電流和最佳開關性能。與肖特基二極管相比，該二極管類型支持較低的勢壘電壓，可實現(xiàn)更快的操作和熱穩(wěn)定性。

超級勢壘整流器可將交流電轉換為直流電。它在低工作溫度下提供高功率效率。SBR 種類繁多，具有不同的額定電壓、封裝和應用。SBR 二極管類型用于降壓/升壓轉換器、太陽能電池板、汽車 LED 照明以及許多其他應用。

發(fā)光二極管

7. LED二極管

發(fā)光二極管“LED”是將電能轉化為輻射的最常見的二極管類型之一。流行的屏幕顯示由 LED 制成，其工作原理是電致發(fā)光，其中電能源產(chǎn)生光子。在半導體物理學中，電子空穴復合通常意味著從高能態(tài)到低能態(tài)。能量狀態(tài)的變化釋放熱或光。

硅和鍺等常見半導體主要釋放熱量，但化合物半導體釋放光子。磷化鎵 (GaP) 和磷化砷化鎵 (GaAsP) 等半導體在電子和空穴復合時釋放光子。LED 類型二極管的顏色取決于制造所用半導體發(fā)射的波長。在電氣和電氣工程中，“打開”LED 是驗證電路中電流的基礎。

8. 激光二極管

激光二極管的工作原理與 LED 二極管類似，采用電致發(fā)光原理。從較高能態(tài)到較低能態(tài)的變化會產(chǎn)生紅外、可見或紫外光譜中的輻射。激光二極管和 LED 之間的區(qū)別在于，激光二極管使用外部電壓源來支持內(nèi)部激光條件。另一個區(qū)別是 LED 二極管類型產(chǎn)生單色非相干光，而激光二極管產(chǎn)生相干光。電流流動促進電子-空穴復合以釋放光子。

激光二極管類型的一些特點是注入技術和窄光束。最流行的激光二極管類型之一是量子阱二極管，其工作原理是基于離散能級值的“量子阱”原理。激光二極管用于激光打印、光纖、條形碼、激光掃描和各種工業(yè)應用。

開關二極管

9. 階躍恢復二極管

階躍恢復二極管“SRD”是一種用于快速開關操作的二極管。P 側和 N 側結附近的摻雜濃度保持極低。遠離結的半導體部分是重摻雜的。它減少了結中電荷載流子的數(shù)量，以支持快速開啟和關閉。SRD 二極管類型也稱為“折斷二極管”，其工作原理是防止結中的電子-空穴復合以存儲電荷。

通過產(chǎn)生高少數(shù)電荷載流子可以防止復合。大多數(shù)電荷載流子壽命決定了二極管的工作頻率。SRD 用于脈沖發(fā)生器和微波頻率倍頻。

10.PIN二極管

PIN 二極管代表 P 型、本征和 N 型半導體。這些二極管類型由放置在兩種重摻雜 P 型和 N 型材料之間的本征半導體層組成。這種放置背后的想法是允許最大反向電壓。本征層中的載流子濃度較低，使得二極管適合高頻操作。

在反向偏置期間，耗盡區(qū)寬度進一步增加以阻止反向電流并提供絕緣。在正向偏壓下，電荷載流子從 P 移動到 N 以產(chǎn)生電流。與其他類型的二極管相比，PIN 二極管中的本征層導致 P 型和 N 型半導體之間的空間增加，從而降低了結電容。PIN 二極管用于開關、整流微波、光網(wǎng)絡以及更多應用。

11. 隧道二極管

隧道二極管基于“量子隧道”原理。PN結的重摻雜減小了耗盡區(qū)的寬度。在正向偏壓下，隨著電子從價帶隧道越過小勢壘到空導帶態(tài)，電流緩慢增加。然而，N 側和 P 側的能態(tài)隨時間變得不對齊，導致電流減少。

該效應使二極管表現(xiàn)出負電阻，其中電流隨著電壓的增加而減少。另一方面，在反向偏壓下，能態(tài)繼續(xù)與時間更加一致。該操作將隧道二極管類型重新命名為“反向二極管”。隧道二極管類型的應用包括開關、快速整流、振蕩和放大。

12. 光電二極管

與 LED 二極管相反，光電二極管將光能轉換為電能。光電二極管也稱為光電探測器，是一種根據(jù)入射光工作的 PIN 二極管。光電二極管的應用包括光檢測、遠程控制、透鏡、光學濾波器等。強度大于半導體帶隙的光子必須撞擊表面以產(chǎn)生電子空穴對。

結的電場在復合之前將電子-空穴對分開。電子和空穴以相反的方向朝向半導體材料移動。電子和空穴數(shù)量的增加產(chǎn)生電動勢，其大小取決于入射光的強度。光電二極管以兩種模式工作——光伏模式——零偏壓和光電導模式——反向偏壓。在反向操作中，稱為暗電流的漏電流流過光電二極管。

保護二極管

13. 反激二極管

反激二極管類型，也稱為續(xù)流二極管或抑制二極管或反沖二極管或緩沖二極管，執(zhí)行與緩沖電路類似的功能。反激二極管是一種 PN 結二極管，與電感器一起使用以減少電路中的電壓尖峰。突然斷開電源可能會產(chǎn)生電壓尖峰，從而導致火花。反激二極管與電感器一起工作，將電流轉向自身。反激二極管類型的一個重要方面是它們不會改變電路的運行。當開關閉合時，反激二極管反向偏置或關閉。但當開關打開時，反激二極管正向偏置，以在開關斷開時傳導故障電流。它消除了電弧的產(chǎn)生并保護開關。

14. 瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管

瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管是一種耗散高瞬態(tài)功率浪涌的半導體器件。這意味著 TVS 二極管類型能夠抑制高壓尖峰。這些二極管是雪崩二極管，用于鉗位過電壓。TVS 二極管類型有兩種工作模式：正常模式和浪涌抑制模式。在浪涌抑制模式下，TVS 在鉗位電壓值處切斷過壓。

TVS 二極管也稱為 Transil 或晶閘管，當電壓超過雪崩擊穿點時，它會抑制額外的電流。從技術上講，它會抑制高于擊穿點或指定鉗位點的所有電壓。TVS 二極管類型有兩種配置 - 單向和雙向。單向 TVS 顯示出不對稱的 VI 特性，用于保護高于參考電平的單向信號。對于高于和低于參考電平的雙向信號，雙向 TVS 表現(xiàn)出對稱的 VI 特性。

15.小信號二極管

顧名思義，“小信號”二極管表示交流信號。小信號類型的二極管適用于波形削波和鉗位。半導體二極管的小信號響應指定了結和相關的內(nèi)部電容。小信號二極管的制造目的是減少結電容、執(zhí)行高速開關并提供納秒量級的反向恢復時間。小信號二極管具有較小的結面積，以減少結電容，使其在較高頻率下表現(xiàn)良好。通過化學蝕刻過程減少了結的面積，該過程去除了 PN 結的很大一部分。這部分稱為臺面二極管。從技術上講，小信號類型的二極管包含N-輕摻雜、N+重摻雜、P-輕摻雜和P+重摻雜層。

16.恒流二極管

恒流二極管或限流二極管（CLD）或電流調(diào)節(jié)二極管（CRD）執(zhí)行將電流限制到制造商確定的指定值的功能。恒流二極管的型號和符號是圓形陽極的組合，而不是三角形PN結二極管型陽極，但陰極類似。 

恒流二極管在結構上是一個 n-JFET，具有短路的柵極至源極端子，允許單向電流流動。碳化硅 (SiC) 用于構建高壓操作的恒流二極管類型。恒流二極管可在較長時間內(nèi)提供穩(wěn)定的電流值。電流調(diào)節(jié)點是器件可以調(diào)節(jié)的電流最大值。恒流二極管用于 LED 驅動器、激光二極管和相關電路。

微波或高功率二極管

17. 變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管或變?nèi)荻O管或可變電容二極管類型是提供電可控電容的設備。變?nèi)荻O管類型用于代替電容在微波應用中存儲電荷。當任何類型的二極管反向偏置時，耗盡層厚度隨著輸入電壓的增加而增加。結面積、摻雜濃度和各種其他因素決定了電容。電容與耗盡區(qū)的寬度和施加電壓的平方根成反比。變?nèi)荻O管類型的構造方式使其能夠以低輸入反向電壓提供電容變化。變?nèi)荻O管是一種小型廉價器件，用于調(diào)諧電路、VCO、RF 濾波器和其他微波應用。

18.耿氏二極管

耿氏二極管由三層 N 型材料組成，其中輕摻雜 N- 緩沖層放置在兩個重摻雜 N+ 層之間。耿氏二極管的工作原理是1962年觀察到的“耿氏效應”。當電壓施加到耿氏二極管上時，它最初會像普通二極管一樣導電。在中間輕摻雜層周圍形成高電場。電子獲得足夠的動能以到達導帶的更高谷。

觀察到電子的質(zhì)量在較高的谷中較高，從而降低了電子的遷移率。二極管的電導率隨著電壓增加到峰值而降低，使器件表現(xiàn)出負電阻。二極管再次導電超過稱為“谷點”的特定點，因為電子到達導電帶的較低水平，獲得高遷移率。耿氏二極管類型用于微波振蕩器。

雪崩渡越時間 (ATT) 二極管

19.雪崩二極管

雪崩二極管是一種在反向偏置模式下工作以支持雪崩擊穿的半導體器件。與齊納二極管不同，雪崩二極管是輕摻雜的，并且具有正溫度系數(shù)。輕摻雜產(chǎn)生的差異在于，與齊納二極管類型相比，耗盡層寬度更厚。較厚的耗盡區(qū)允許產(chǎn)生較弱的電場。它進一步導致在較高電壓下發(fā)生擊穿。

雪崩二極管類型的制造能夠承受雪崩擊穿而不會造成任何物理損壞。這些二極管在擊穿操作下表現(xiàn)出較小的壓降。雪崩二極管用作電壓基準二極管、保護電路、用于數(shù)字信號處理的 SPAD（單光子雪崩二極管）接收器，以及作為微波中雪崩傳輸時間 (ATT) 設備的基礎。然而，雪崩二極管是基于雪崩效應而不是ATT。

20. IMPATT二極管

IMPATT 二極管代表“沖擊電離雪崩渡越時間”二極管。這些類型的二極管能夠承受高功率和微波應用。它通常采用帶有散熱器的微波爐包裝。IMPATT 二極管的工作頻率范圍為 3 GHz 至 100 GHz，輸出功率為 1 W CW 至 400 W 脈沖以上。IMPATT 類型的二極管及其應用主要是微波振蕩器和低功率雷達系統(tǒng)。

IMPATT二極管在結構上是由四個半導體層組成的PIN二極管：P+重摻雜層、輕摻雜N層、本征層和N+重摻雜層。IMPATT 二極管的工作原理是雪崩效應載流子倍增和渡越時間延遲。在反向偏置操作中，IMPATT 二極管在微波頻率下表現(xiàn)出負電阻。

21.TRAPAT二極管

TRAPATT 二極管代表“俘獲等離子體雪崩觸發(fā)傳輸時間”二極管。它屬于雪崩渡越時間類型的二極管家族，廣泛用于微波發(fā)生器和振蕩器。TRAPATT 二極管與 IMPATT 二極管類型相比效率更高，但在噪聲產(chǎn)生方面不穩(wěn)定。TRAPATT 二極管的工作頻率范圍為 1 GHz 至 10 GHz。 

TRAPATT 二極管由任一結構層組成：P+、N 和 N+ 摻雜層。與 IMPATT 二極管類型類似，TRAPATT 二極管在雪崩區(qū)域以反向偏壓工作。不同之處在于TRAPATT二極管的電場達到臨界值的觸發(fā)機制。由于電荷載流子以較低的速度漂移，簡而言之，以較低的速度“被捕獲”，電場會減小。雪崩擊穿遍及整個有源區(qū)域以增加電流。

22.巴里特二極管

BARITT 二極管 “勢壘注入傳輸時間”二極管。它經(jīng)常與 IMPATT 二極管類型進行比較，因為它的噪聲較小，約為 15 dB，這可能適用于也可能不適用于每個系統(tǒng)。BARITT 二極管類型廣泛用于微波應用和防盜報警系統(tǒng)。BARITT 二極管的工作頻率范圍為 4 GHz 至 8 GHz，輸出功率低至毫瓦級。

BARITT 二極管類型的工作原理是熱電子發(fā)射原理，以實現(xiàn)低噪聲，而不是像 IMPATT 和 TRAPATT 類型的二極管那樣雪崩倍增和等離子體生成。兩個 PN 結二極管背對背放置以進行 BARITT 操作。其中一種二極管類型的 N 型材料面積較大，可用作器件的注入?yún)^(qū)。

23.真空二極管

在半導體二極管出現(xiàn)之前，歷史上就使用了真空二極管。約翰·安布羅斯·弗萊明爵士發(fā)明了第一個真空二極管，多年來廣受歡迎。真空二極管類型用于放大、振蕩、無線電傳輸?shù)?。二極管的功能是允許電流單向流動——真空二極管的工作原理相同。

真空二極管實際上并不是當今工程師使用的一種二極管，而是結構上具有兩個電極的“真空管”。其中一個電極是正極“陽極”，另一個是負極“陰極”。真空二極管可以是正向或反向偏置，具體取決于應用。必須直接或間接加熱陰極才能產(chǎn)生電流。真空二極管也稱為熱離子二極管，允許電流從陰極流向陽極，但阻止電流從陰極流向陽極。

老舊二極管技術

24、雙二極管三極管

雙二極管是一種歷史器件，用于執(zhí)行與當今半導體二極管類似的操作。與其他類型的二極管相反，雙二極管并不完全是二極管，而是真空管。然而，雙二極管符號是兩個二極管的組合。20世紀，在半導體興起之前，電子真空管已被廣泛使用，多個電子管成組使用，以服務于不同的應用。

“雙二極管三極管”是一種特殊的真空管，有一個三極管和兩個所謂的二極管。這兩個二極管實際上并不是半導體二極管，而是電極，遂稱為二極管。雙二極管用于放大、整流和檢測應用。雙二極管三極管的主要用途是廣泛用于美國的無線電接收器中。

25.點接觸二極管

點接觸二極管是一種舊器件，用于執(zhí)行與二極管類似的功能。該器件實際上不是 PN 結二極管類型，而是一種 N 型半導體，金屬線放置在外殼或玻璃管中。由磷、青銅或銀制成的金屬線直接接觸N型區(qū)以使二極管發(fā)揮作用。

金屬絲或貓須在加熱時就像 P 型半導體一樣。金屬和 N 型半導體之間的直接接觸形成了一個具有較小電容的小結。由于更好技術的引入，這些二極管類型不再是主流應用。點接觸二極管用于無線電接收器、視頻檢測器和電視。

26.晶體二極管

晶體二極管是無線電通信和檢測中最初使用的二極管類型。晶體這個名字直接暗示了二極管的制造“晶體材料”。固態(tài)材料可以是硫化鉛“方鉛礦”或硅。晶體二極管類型只是一種采用晶體材料的點接觸二極管。由于使用細金屬線，這些二極管被稱為“貓須”。由銅或黃銅制成的細金屬線直接接觸半導體晶體材料以形成結。該器件使電流沿一個方向流動，并阻止另一方向的電流。然而，由于導線和半導體之間的直接接觸需要反復調(diào)整，晶體二極管的效率和靈敏度較低。

27. 肖克利二極管

肖克利二極管是最古老和最早的半導體二極管類型之一。諾貝爾獎獲得者威廉·肖克利博士于 20 世紀 50 年代末發(fā)明了肖克利二極管。肖克利晶體管公司將該器件命名為“肖克利四層晶體管二極管”。肖克利二極管在結構上是一種四層三端半導體器件“晶閘管”，器件中沒有控制柵極端子。

肖克利二極管因其在某些工作條件下具有整流特性而被稱為二極管。這四層由交替的P型和N型半導體材料制成。該器件表現(xiàn)出獨特的負電阻特性，其中電流隨著電壓的增加而減少。應用包括開關、鋸齒振蕩器、環(huán)形計數(shù)器、控制電路、計算機電路、電話等等。DIAC 和 Dynistor 等正在發(fā)展的技術逐漸取代了肖克利二極管類型。

28. 摻金二極管

摻金二極管是一種硅 PN 結二極管類型，含有金 (AU, 79) 摻雜劑，可提高計算機二極管的開關時間。使用固態(tài)擴散技術在硅 PN 結二極管中摻雜均勻的金濃度。金的摻雜使二極管能夠控制電子空穴復合而不影響其他電性能。由此產(chǎn)生的摻金二極管可提供約 1 毫秒的反向恢復時間。

反向恢復時間是少數(shù)載流子壽命的函數(shù)，而少數(shù)載流子壽命又與高爾夫球原子濃度成反比。金摻雜劑還降低了漏電流和電荷存儲能力。歷史上，摻金二極管類型被提議用于計算機中以實現(xiàn)高開關速度。然而，黃金對于摻雜和制造來說一直太昂貴。

最新二極管技術

29.熱敏二極管

熱二極管是一種允許熱量沿一個方向流動并阻止熱量沿另一個方向流動的裝置。非電氣設備用于允許單向熱流，但最近研究、實驗和開發(fā)了熱二極管，用于熱電冷卻器和熱泵。二極管的一個端子比另一個端子熱。根據(jù)熱力學第二定律，熱量會從較熱的末端傳遞到低溫的末端。

熱二極管可以有效地管理系統(tǒng)中的熱量。然而，熱敏二極管尚未像半導體二極管類型那樣實現(xiàn)商業(yè)化。熱二極管可適用于各種應用，包括熱計算、熱量制冷、消費電子產(chǎn)品和可再生能源等新技術。

30.超導二極管

超導二極管類型是一項正在研究和開發(fā)的新技術，有一些實驗模型。超導二極管類似于理想二極管，表現(xiàn)出理想的特性。超導類型的二極管在導電路徑中表現(xiàn)出零壓降，在非導通狀態(tài)中表現(xiàn)出無限電阻。所提出的超導二極管是放置在人造超晶格中的磁控器件。

另一個例子是約瑟夫森結，其中非超導材料夾在兩個超導體之間以實現(xiàn)有效的電流流動。

二極管的類型還有許多種，還有許多的分類方法。它作為最基礎的電子元器件，我們要需要盡可能的了解其原理。