二極管作為最基礎(chǔ)的晶體管，在電子電路應(yīng)用中無所不在，博主在電路小課堂專欄里面的電路總結(jié)，不管是電平轉(zhuǎn)換電路，電源自動切換電路，防反接電路，都有二極管的影子。
雖然二極管很基礎(chǔ)，相對其他晶體管來說它是簡單的，但是他的種類繁多，不同的類型應(yīng)用場景也不相同，那么在我們平時電路設(shè)計上如何選擇合適的二極管，以及了解不同種類的二極管的應(yīng)用場景就很重要了。
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。
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正向?qū)▔航?
壓降：二極管的電流流過負載以后相對于同一參考點的電勢(電位)變化稱為電壓降，簡稱壓降。導通壓降：二極管開始導通時對應(yīng)的電壓。
正向特性：在二極管外加正向電壓時，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場的阻擋作用，正向電流幾乎為零。當正向電壓大到足以克服PN結(jié)電場時，二極管正向?qū)?，電流隨電壓增大而迅速上升。
反向特性：外加反向電壓不超過一定范圍時，通過二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運動所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止狀態(tài)。反向電壓增大到一定程度后，二極管反向擊穿。
正向?qū)▔航蹬c導通電流的關(guān)系
在二極管兩端加正向偏置電壓時，其內(nèi)部電場區(qū)域變窄，可以有較大的正向擴散電流通過PN結(jié)。只有當正向電壓達到某一數(shù)值(這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V)以后，二極管才能真正導通。但二極管的導通壓降是恒定不變的嗎?它與正向擴散電流又存在什么樣的關(guān)系?通過下圖1的測試電路在常溫下對型號為SM360A的二極管進行導通電流與導通壓降的關(guān)系測試，可得到如圖2所示的曲線關(guān)系：正向?qū)▔航蹬c導通電流成正比，其浮動壓差為0.2V。從輕載導通電流到額定導通電流的壓差雖僅為0.2V，但對于功率二極管來說它不僅影響效率也影響二極管的溫升，所以在價格條件允許下，盡量選擇導通壓降小、額定工作電流較實際電流高一倍的二極管。
圖1 二極管導通壓降測試電路
圖2 導通壓降與導通電流關(guān)系
在我們開發(fā)產(chǎn)品的過程中，高低溫環(huán)境對電子元器件的影響才是產(chǎn)品穩(wěn)定工作的最大障礙。環(huán)境溫度對絕大部分電子元器件的影響無疑是巨大的，二極管當然也不例外，在高低溫環(huán)境下通過對SM360A的實測數(shù)據(jù)表1與圖3的關(guān)系曲線可知道：二極管的導通壓降與環(huán)境溫度成反比。在環(huán)境溫度為-45℃時雖導通壓降最大，卻不影響二極管的穩(wěn)定性，但在環(huán)境溫度為75℃時，外殼溫度卻已超過了數(shù)據(jù)手冊給出的125℃，則該二極管在75℃時就必須降額使用。這也是為什么開關(guān)電源在某一個高溫點需要降額使用的因素之一。
表 1 導通壓降與導通電流測試數(shù)據(jù)
圖3 導通壓降與環(huán)境溫度關(guān)系曲線
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額定電流、最大正向電流IF
額定電流IF指二極管長期運行時，根據(jù)運行溫升折算出來的平均電流值。目前最大功率整流二極管的IF值可達1000A。
是指二極管長期連續(xù)工作時，允許通過的最大正向平均電流值，其值與PN結(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度(硅管為141左右，鍺管為90左右)時，就會使管芯過熱而損壞。所以在規(guī)定散熱條件下，二極管使用中不要超過二極管最大整流電流值。例如，常用的IN4001-4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。
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最大平均整流電流Io
最大平均整流電流IO：在半波整流電路中，流過負載電阻的平均整流電流的最大值。折算設(shè)計時非常重要的值。
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最大浪涌電流IFSM
運行流過的過量的正向電流。不是正常的電流，而是瞬間電流，這個值相當大。
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最大反向峰值電壓VRM
即使沒有反向電流，只要不斷地提高反向電壓，遲早會使二極管損壞。這種能加上的反向電壓，不是瞬時電壓，而是反復加上的正反向電壓。因給整流器加的是交流電壓，它的最大值是規(guī)定的重要因子。最大反向峰值電壓VRM指為避免擊穿所能加的最大反向電壓。目前最高的VRM值可達幾千伏。
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最大反向電壓VR
上述最大反向峰值電壓是反復加上的峰值電壓，VR是連續(xù)加直流電壓的值。用于直流電流，最大直流反向電壓對于確定允許值和上限值是很重要的。
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最高工作頻率fM
由于PN結(jié)的結(jié)電容存在，當工作頻率超過某一值時，它的單向?qū)щ娦詫⒆儾睢｜c接觸式二極管的fM值較高，在100MHz以上;整流二極管的fM較低，一般不高于幾千Hz。
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反向恢復時間Trr
當正向工作電壓從正向電壓變成反向電壓時，二極管工作的理想情況是電流能瞬時截止。實際上，一般要延遲一點點時間。決定電流截止延時的量，就是反向恢復時間。
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最大功率P
二極管中有電流流過，就會吸熱，而使自身溫度升高。最大功率P為功率的最大值。具體講就是加載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，可變電阻二極管顯得特別重要。
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反向飽和漏電流IR
指在二極管兩端加入反向電壓時，流過二極管的電流，該電流與半導體材料和溫度有關(guān)。在常溫下，硅管的IR為nA(10-9A)級，鍺管的IR為mA(10-6A)級。
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降額(結(jié)溫降額)
降額可以提高產(chǎn)品可靠性，延長使用壽命，根據(jù)溫度降低10℃壽命增加一倍的理論，下面列出了不同額定結(jié)溫的管子最小降額結(jié)溫數(shù)據(jù)。
表1 二極管降額
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什么是肖特基二極管?
肖特基二極管是一種利用肖特基勢壘工藝的二極管，和普通的PN結(jié)二極管相比，其優(yōu)點：更快的反向恢復時間，很多稱之為0反向恢復時 間。雖然并不是真的0反向恢復時間，但是相對普通二極管要快非常多。其缺點：反向漏電流比較大，所以沒法做成高壓的二極管。目前的肖特基二極管,基本都是 200V以下的。雖然有些公司可以提供高壓的肖特基硅二極管，但是也是將幾個二極管串聯(lián)之后封裝在一起。當然也有公司稱有獨特的工藝，可以制造高壓肖特基 二極管，但并不知曉是什么樣的工藝。
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可靠性設(shè)計
正確選用器件及器件周邊的線路設(shè)計、機械設(shè)計和熱設(shè)計等來控制器件在整機中的工作條件，防止各種不適當?shù)膽?yīng)力或者操作給器件帶來損傷，從而最大限度地發(fā)揮器件的固有可靠性。
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容差設(shè)計
設(shè)計單板時，應(yīng)放寬器件的參數(shù)允許變化的范圍(包括制造容差、溫度漂移、時間漂移)，以保證器件的參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時，單板能正常工作。
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在RCD鉗位電路中，二極管到底選慢管，還是快管?
RCD電路常用于一些需要鉗位的場合，比如flyback原邊MOS的電壓鉗位，次級整流管的電壓鉗 位。有些技術(shù)文獻說應(yīng)該用慢恢復管，理由是慢恢復管由于其反向恢復時間比較長，這樣鉗位電容中的一部分能量會在二極管反向恢復過程中回饋給電路，這樣整個 RCD電路的損耗可以降低。不過這個只適合小電流，低di/dt的場合。比如小功率flyback的原邊鉗位電路。但是不適合大電流，高di/dt的鉗位 場合，比如大電流輸出的電源的次級鉗位電路。因為，慢恢復管在導通的時候會產(chǎn)生很高導通壓降尖峰，導致雖然鉗位電容上的電壓很低，但是卻沒法鉗住尖峰電 壓。所以應(yīng)該選擇肖特基二極管之類。
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