二極管的分類與選型
信息來源于：互聯(lián)網 發(fā)布于：2021-11-03
一、基礎知識
1、二極管的分類
二極管的種類有很多，按照所用的半導體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）；按照管芯結構，又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。
根據(jù)二極管的不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關二極管、肖特基二極管、發(fā)光二極管等。
2、二極管的型號命名方法
?。?）按照國產半導體器件型號命名方法：二極管的型號命名由五個部分組成：主稱、材料與極性、類別、序號和規(guī)格號（同一類產品的檔次）。
?。?）日本半導體器件命名型號由以下5部分組成：
第一部分：用數(shù)字表示半導體器件有效數(shù)目和類型；“1”表示二極管，“2”表示三極管。
第二部分：用“S”表示已在日本電子工業(yè)協(xié)會登記的半導體器件；
第三部分：用字母表示該器件使用材料、極性和類型；
第四部分：表示該器件在日本電子工業(yè)協(xié)會的登記號；
第五部分：表示同一型號的改進型產品。
3、幾種常見二極管特點
?。?）整流二極管
將交流電源整流成為直流電流的二極管叫作整流二極管，因結電容大，故工作頻率低。
通常，IF 在 1 安以上的二極管采用金屬殼封裝，以利于散熱；IF 在 1 安以下的采用全塑料封裝。
（2）開關二極管
在脈沖數(shù)字電路中，用于接通和關斷電路的二極管叫開關二極管，其特點是反向恢復時間短，能滿足高頻和超高頻應用的需要。
開關二極管有接觸型，平面型和擴散臺面型幾種，一般 IF＜500 毫安的硅開關二極管，多采用全密封環(huán)氧樹脂，陶瓷片狀封裝。
?。?）穩(wěn)壓二極管
穩(wěn)壓二極管是由硅材料制成的面結合型晶體二極管，因為它能在電路中起穩(wěn)壓作用，故稱為穩(wěn)壓二極管。
它是利用 PN 結反向擊穿時的電壓基本上不隨電流的變化而變化的特點，來達到穩(wěn)壓的目的。
?。?）變容二極管
變容二極管是利用 PN 結的電容隨外加偏壓而變化這一特性制成的非線性電容元件，被廣泛地用于參量放大器，電子調諧及倍頻器等微波電路中。
變容二極管主要是通過結構設計及工藝等一系列途徑來突出電容與電壓的非線性關系，并提高 Q 值以適合應用。
（5）TVS二極管
TVS二極管（Transient Voltage Suppresser 瞬態(tài)電壓抑制器）是和被保護電路并聯(lián)的，當瞬態(tài)電壓超過電路的正常工作電壓時，二極管發(fā)生雪崩，為瞬態(tài)電流提供通路，使內部電路免遭超額電壓的擊穿或超額電流的過熱燒毀。
由于 TVS 二極管的結面積較大，使得它具有泄放瞬態(tài)大電流的優(yōu)點，具有理想的保護作用。
二、二極管的參數(shù)選擇
?。?）額定正向工作電流
額定正向工作電流指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。
（2）最大浪涌電流
最大浪涌電流，是允許流過的過量正向電流，它不是正常電流，而是瞬間電流。其值通常是額定正向工作電流的20倍左右。
?。?）最高反向工作電壓
加在二極管兩端的反向工作電壓高到一定值時，管子將會擊穿，失去單向導電能力。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電值。例如，lN4001二極管反向耐壓為50V，lN4007的反向耐壓為1000V。
?。?）反向電流
反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向導電性能越好。
反向電流與溫度密切相關，大約溫度每升高10℃，反向電流增大一倍。
硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。
（5）反向恢復時間
從正向電壓變成反向電壓時，電流一般不能瞬時截止，要延遲一點點時間，這個時間就是反向恢復時間。它直接影響二極管的開關速度。
?。?）最大功率
最大功率就是加在二極管兩端的電壓乘以流過的電流。這個極限參數(shù)對穩(wěn)壓二極管等顯得特別。
?。?）頻率特性
由于結電容的存在，當頻率高到某一程度時，容抗小到使 PN 結短路。導致二極管失去單向導電性，不能工作，PN 結面積越大，結電容也越大，越不能在高頻情況下工作。
2、不同二極管的選用
（1）檢波二極管
檢波二極管一般可選用點接觸型鍺二極管，選用時，應根據(jù)電路的具體要求來選擇工作頻率高、反向電流小、正向電流足夠大的檢波二極管。
（2）整流二極管
整流二極管一般為平面型硅二極管，用于各種電源整流電路中。選用整流二極管時，主要應考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復時間等參數(shù)。普通串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路中使用的整流二極管，對截止頻率的反向恢復時間要求不高，只要根據(jù)電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管即可。
（3）穩(wěn)壓二極管
穩(wěn)壓二極管一般用在穩(wěn)壓電源中作為基準電壓源或用在過電壓保護電路中作為保護二極管。選用的穩(wěn)壓二極管，應滿足應用電路中主要參數(shù)的要求。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值應與應用電路的基準電壓值相同，穩(wěn)壓二極管的最大穩(wěn)定電流應高于應用電路的最大負載電流50％左右。
（4）開關二極管
開關二極管主要應用于收錄機、電視機、影碟機等家用電器及電子設備有開關電路、檢波電路、高頻脈沖整流電路等。
中速開關電路和檢波電路，可以選用2AK系列普通開關二極管。高速開關電路可以選用RLS系列、1SS系列、1N系列、2CK系列的高速開關二極管。
要根據(jù)應用電路的主要參數(shù)（如正向電流、最高反向電壓、反向恢復時間等）來選擇開關二極管的具體型號。
?。?）變容二極管
選用變容二極管時，應著重考慮其工作頻率、最高反向工作電壓、最大正向電流和零偏壓結電容等參數(shù)是否符合應用電路的要求，應選用結電容變化大、高Q值、反向漏電流小的變容二極管。
3、TVS二極管選型
（1）最小擊穿電壓VBR和擊穿電流I R 。 VBR是TVS最小的擊穿電壓，在25℃時，低于這個電壓TVS是不會產生雪崩的。當TVS流過規(guī)定的1mA電流（IR ）時，加于TVS兩極的電壓為其最小擊穿電壓V BR 。按TVS的VBR與標準值的離散程度，可把VBR分為5％和10％兩種。對于5％的VBR來說，VWM=0.85VBR；對于10％的VBR來說，V WM=0.81VBR。為了滿足IEC61000-4-2國際標準，TVS二極管必須達到可以處理最小8kV（接觸）和15kV（空氣）的ESD沖擊，部份半導體廠商在自己的產品上使用了更高的抗沖擊標準。對于某些有特殊要求的可攜設備應用，設計者可以依需要挑選元件。
?。?）最大反向漏電流ID和額定反向切斷電壓VWM。 VWM是二極管在正常狀態(tài)時可承受的電壓，此電壓應大于或等于被保護電路的正常工作電壓，否則二極管會不斷截止回路電壓；但它又需要盡量與被保護回路的正常工作電壓接近，這樣才不會在TVS工作以前使整個回路面對過壓威脅。當這個額定反向切斷電壓VWM加于TVS的兩極間時它處于反向切斷狀態(tài)，流過它的電流應小于或等于其最大反向漏電流ID。
?。?）最大鉗位電壓VC和最大峰值脈沖電流I PP 。當持續(xù)時間為20ms的脈沖峰值電流IPP流過TVS時，在其兩端出現(xiàn)的最大峰值電壓為VC。 V C 、IPP反映了TVS的突波抑制能力。 VC與VBR之比稱為鉗位因子，一般在1.2~1.4之間。 VC是二極管在截止狀態(tài)提供的電壓，也就是在ESD沖擊狀態(tài)時通過TVS的電壓，它不能大于被保護回路的可承受極限電壓，否則元件面臨被損傷的危險。
（4）Pppm額定脈沖功率，這是基于最大截止電壓和此時的峰值脈沖電流。對于手持設備，一般來說500W的TVS就足夠了。最大峰值脈沖功耗PM是TVS能承受的最大峰值脈沖功耗值。在特定的最大鉗位電壓下，功耗PM越大，其突波電流的承受能力越大。在特定的功耗PM下，鉗位電壓VC越低，其突波電流的承受能力越大。另外，峰值脈沖功耗還與脈沖波形、持續(xù)時間和環(huán)境溫度有關。而且，TVS所能承受的瞬態(tài)脈沖是不重覆的，元件規(guī)定的脈沖重覆頻率（持續(xù)時間與間歇時間之比）為0.01％。如果電路內出現(xiàn)重覆性脈沖，應考慮脈沖功率的累積，有可能損壞TVS。
?。?）電容器量C。電容器量C是由TVS雪崩結截面決定的，是在特定的1MHz頻率下測得的。C的大小與TVS管的電流承受能力成正比，C太大將使訊號衰減。因此，C是數(shù)據(jù)介面電路選用TVS的重要參數(shù)。電容器對于數(shù)據(jù)/訊號頻率越高的回路，二極管的電容器對電路的干擾越大，形成噪音或衰減訊號強度，因此需要根據(jù)回路的特性來決定所選元件的電容器范圍。高頻回路一般選擇電容器應盡量小（如SAC（500W，50pF，±10%）、LCE（1.5KW，100pF）、低電容器TVS），而對電容器要求不高的回路電容器選擇可高于40pF。
4、肖特基二極管與普通二極管的區(qū)別
硅管的初始導通壓降是0.5V左右，正常導通壓降是0.7V左右，在接近極限電流情況下導通壓降是1V左右；
鍺管的初始導通壓降是0.2V左右，正常導通壓降是0.3V左右，在接近極限電流情況下導通壓降是0.4V左右，
肖特基二極管的初始導通壓降是0.4V左右，正常導通壓降是0.5V左右，在接近極限電流情況下導通壓降是0.8V左右。
兩種二極管都是單向導電，可用于整流場合。區(qū)別是普通硅二極管的耐壓可以做得較高，但是它的恢復速度低，只能用在低頻的整流上，如果是高頻的就會因為無法快速恢復而發(fā)生反向漏電，最后導致管子嚴重發(fā)熱燒毀;肖特基二極管的耐壓能常較低，但是它的恢復速度快，可以用在高頻場合，故開關電源采用此種二極管作為整流輸出用，盡管如此，開關電源上的整流管溫度還是很高的。
快恢復二極管是指反向恢復時間很短的二極管(5us以下)，工藝上多采用摻金措施，結構上有采用PN結型結構，有的采用改進的PIN結構。其正向壓降高于普通二極管(1-2V)，反向耐壓多在1200V以下。從性能上可分為快恢復和超快恢復兩個等級。前者反向恢復時間為數(shù)百納秒或更長，后者則在100納秒以下。 肖特基二極管是以金屬和半導體接觸形成的勢壘為基礎的二極管，簡稱肖特基二極管(Schottky Barrier Diode)，具有正向壓降低(0.4--0.5V)、反向恢復時間很短(10-40納秒)，而且反向漏電流較大，耐壓低，一般低于150V，多用于低電壓場合。 這兩種管子通常用于開關電源。 肖特基二極管和快恢復二極管區(qū)別：前者的恢復時間比后者小一百倍左右，前者的反向恢復時間大約為幾納秒~! 前者的優(yōu)點還有低功耗，大電流，超高速~!電氣特性當然都是二極管阿~!快恢復二極管在制造工藝上采用摻金,單純的擴散等工藝,可獲得較高的開關速度,同時也能得到較高的耐壓.目前快恢復二極管主要應用在逆變電源中做整流元件。
4、肖特基二極管與快恢復二極管的區(qū)別
肖特基二極管：
反向耐壓值較低(一般小于150V)，通態(tài)壓降0.3-0.6V，小于10nS的反向恢復時間。它是有肖特基特性的“金屬半導體結”的二極管。其正向起始電壓較低。
其金屬層除材料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導體材料采用硅或砷化鎵，多為N型半導體。這種器件是由多數(shù)載流子導電的，所以，其反向飽和電流較以少數(shù)載流子導電的
PN結大得多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應甚微，所以其頻率響僅為RC時間常數(shù)限制，因而，它是高頻和快速開關的理想器件。其工作頻率可達100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導體）肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發(fā)光二極管。
快恢復二極管：有0.8-1.1V的正向導通壓降，35-85nS的反向恢復時間，在導通和截止之間迅速轉換，提高了器件的使用頻率并改善了波形。快恢復二極管在制造工藝上采用摻金,單純的
擴散等工藝,可獲得較高的開關速度,同時也能得到較高的耐壓.
目前快恢復二極管主要應用在逆變電源中做整流元件.
快恢復二極管FRD（Fast Recovery Diode）是近年來問世的新型半導體器件，具有開關特性好，反向恢復時間短、正向電流大、體積小、安裝簡便等優(yōu)點。超快恢復二極管SRD（Superfast Recovery Diode），則是在快恢復二極管基礎上發(fā)展而成的，其反向恢復時間trr值已接近于肖特基二極管的指標。它們可廣泛用于開關電源、脈寬調制器（PWM）、不間斷電源（UPS）、交流電動機變頻調速（VVVF）、高頻加熱等裝置中，作高頻、大電流的續(xù)流二極管或整流管，是極有發(fā)展前途的電力、電子半導體器件。
肖特基二極管：反向耐壓值較低(一般小于 150V)，通態(tài)壓降 0.3-0.6V，小于 10nS 的反向恢復時間。它是有肖特基特性的“金屬半導體結”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除材料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導體材料采用硅或砷化鎵，多為 N 型半導體。這種器件是由多數(shù)載流子導電的，所以，其反向飽和電流較以少數(shù)載流子導電的 PN 結大得多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應甚微，所以其頻率響僅為 RC 時間常數(shù)限制，因而，它是高頻和快速開關的理想器件。其工作頻率可達 100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導體）肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發(fā)光二極管。
快恢復二極管：有 0.8-1.1V 的正向導通壓降，35-85nS 的反向恢復時間，在導通和截止之間迅速轉換，提高了器件的使用頻率并改善了波形。快恢復二極管在制造工藝上采用摻金,單純的擴散等工藝,可獲得較高的開關速度,同時也能得到較高的耐壓.目前快恢復二極管主要應用在逆變電源中做整流元件.快恢復二極管 FRD（Fast Recovery Diode）是近年來問世的新型半導體器件，具有開關特性好，反向恢復時間短、正向電流大、體積小、安裝簡便等優(yōu)點。超快恢復二極管 SRD（SuperfastRecovery Diode），則是在快恢復二極管基礎上發(fā)展而成的，其反向恢復時間 trr 值已接近于肖特基二極管的指標。它們可廣泛用于開關電源、脈寬調制器（PWM）、不間斷電源（UPS）、交流電動機變頻調速（VVVF）、高頻加熱等裝置中，作高頻、大電流的續(xù)流二極管或整流管，是極有發(fā)展前途的電力、電子半導體器件。
5、TVS二極管與ESD防護二極管的區(qū)別
TVS瞬態(tài)電壓抑制
這里不論TV是如何產生的,比如直接或者間接的雷擊,靜電放電,大容量的負載投切等因素導致的浪涌.電壓從幾伏到幾十千伏甚至更高.
ESD靜電放電保護
其中主要應用是HBM 和 MM,簡單說,就是人或者設備對器件放電(靜電),但是器件不能損壞.
典型的HBM CLASS 1C模型規(guī)定一個充電1000V-2000V的100pF的電容通過一個1500歐姆的電阻對器件放電.
MM模型要比人體模型能量大一些.電容是200pF,電壓大概在200-400之間,不過沒有串聯(lián)電阻了.
典型的人體模型放電,峰值電流小于0.75A,時間150ns
典型的機器模型放電,峰值電流小于8A,時間5ns
典型的雷擊浪涌(電力線入線處使用的TVS)峰值電流3000A,時間20us
TVS二極管和ESD防護二極管原理是一樣的,但根據(jù)功率和封裝來分就不一樣.
ESD防護二極管和TVS比較的話,要看用在那些用途上,像ESD主要是用來防靜電,防靜電就要求電容值低,一般是1--3.5PF之間為最好.而TVS就做不到這一點,TVS的電容值比較高。
中文網站
英文網站
關注微信平臺
關注小程序