二極管及其電路設計應用(8個作用詳解）

二極管的基本介紹

1、二極管是最簡單的雙極性半導體，A為正極，B為負極，具有單向導電功能，電流從A流向B。

2、當A和B兩端的電壓差≥0.7V時，即A端電壓減去B端電壓≥0.7V，二極管導通，反之二極管不導通，相當于開路。

3、二極管的伏安特性曲線

圖a：二極管實際的特性曲線(即二極管兩端電壓隨電流增大而增大)。

圖b：二極管等效的特性曲線(即實際使用時，二極管兩端電壓默認為0.7V，無論兩端電流多大，兩端電壓不變，為0.7V)。

二極管的進階介紹

低頻時，二極管就是簡單的單向導通，A和B兩端電壓差≥0.7V時，二極管導通;低于0.7V時，二極管不導通，處于開路狀態。

高頻時，二極管的單向導通特性并不十分理想，二極管從圖a變成了圖b,二極管并聯了一個電容(即結電容)。

因為高頻時結電容的出現，二極管從單向導電變成了雙向導電，即電流可以從A流向B，也可以從B流向A，但是反向導電不是一直可以導電，只是導通一段時間trr，因為當前技術和生產工藝，結電容不可避免，只能盡量的減小trr。

二極管的分類

因為結電容的存在，根據trr值的大小，分出了三種二極管

整流二極管：trr的值在ms級別。

快恢復二極管：trr小于200ns。

肖特基二極管：trr的值在10ns級別，兩個優點，導通壓降小，恢復軟度大(不易產生反向恢復電壓)，特別適合低壓開關電源使用。

一般來說，trr越小，二極管價格越高。

二極管的特性引申

1、發光二極管，即LED燈(見下圖)

伏安特性基本與普通二極管一致，決定發光二極管亮度的是電流，不是電壓，不同顏色LED燈導通電壓是不一樣的，具體需要看每家廠商LED燈的datasheet。

LED燈做指示燈時，電壓源串聯限流電阻使用。

LED燈做照明燈時，使用恒流源供電。

2、穩壓二極管(見下圖)

穩壓二極管又叫齊納二極管，其電流可在很大范圍內變化而電壓基本不變，原理是利用伏安特性的反向特性(前面介紹的伏安特性是指伏安特性的正向特性)，見下圖，第一象限里的是正向特性，第三象限里的是反向特性。

當電流在Iz至Izm之間時，電壓保持在Uz。

穩壓管穩壓的本質

穩壓二極管是依靠改變電流來實現端電壓的穩定的，如下圖，穩壓管是不可能穩出5V電壓的。

如下圖a，Vout也不可能是5V的，因為RL和R1兩電阻串聯分壓使的Vout僅為0.9V。

如下圖b,如果將R1的阻值改為≤1KΩ時，Vout為5V。

3、TVS二極管

TVS是一種特殊的二極管雪崩器件，其工作原理和齊納二極管類同。見下圖，圖a是雙向的TVS管，沒有正負極之分，圖b是單向的TVS管，和穩壓管的符號相同，有方向，A是正極，B是負極。

當TVS二極管的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時，可以迅速將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖及雷擊的損壞，各種總線端口使用的非常頻繁。

二極管在電路設計中的應用(以下內容部分參考來源「Me sl ·」博主)

1. 防反作用

串聯一個二極管，利用二極管的單向導電的特性，實現了最簡單可靠的低成本防反接功能電路。這種低成本方案一般在小電流的場合，類似小玩具等。因為二極管導通會有一個0.7V(硅管)的導通壓降，如果實際電流很大的話，那么就會產生一個熱損耗，會導致發熱。而且如果反接的電壓很大的話，超過反向截止電壓，也會擊穿二極管本身，導致二極管失效，起不到防反接的功能，從而不能起到保護后級電路的作用了。

2.泄放作用

如下圖所示，D1~D3為TVS管，當RS485線纜上受到浪涌或者雷擊時，TVS管可以瞬間泄放巨大能量，確保后級電路不受干擾。

3. 整流作用

整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經過整流電路之后的電壓已經不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓，習慣上稱單向脈動性直流電壓。

4. 穩壓作用

具備穩壓作用的二極管叫做穩壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管。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，其基本電路結構如下圖所示。

5. 續流作用

續流二極管都是并聯在線圈(感性元器件)的兩端，線圈在通過電流時，會在其兩端產生感應電動勢。當電流消失時，其感應電動勢會對電路中的元件產生反向電壓。當反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時，會把原件如三極管，等造成損壞。續流二極管并聯在線兩端，當流過線圈中的電流消失時，線圈產生的感應電動勢通過二極管和線圈構成的回路做功而消耗掉。從而保護了電路中的其它元件的安全。常見的電路結構如下。(HF49FD 功率繼電器)

又或者BUCK芯片電路中的續流二極管

6. 檢波作用

峰值檢波電路是對輸入信號幅值的最大值進行檢測，其工作原理是：當輸入電壓幅度大于二極管正向電壓時，二極管導通，輸出電壓加在電容C1上，電容兩端充電完畢，當輸入電壓幅值低于先前輸入電壓幅值時，二極管處于反偏截止狀態，此時，電容兩端的電壓基本保持不變;若再輸入信號，輸入電壓幅度必須高于此時電容兩端的電壓(即加在二極管的正向電壓)，二極管才能導通。

7. 倍壓作用

下圖是一個2倍壓電路原理圖，其工作過程大概分析如下：

電源負半周時，二極管D1導通，D2截止，電流從電源下端流出經過D1, C1回到電源，因此電容C1右正左負，如下圖中紅色箭頭。電源正半周時，電容C1上的電壓疊加電源電壓，使二極管D2導通，二極管D1截止，電容C2上正下負，峰值電壓可達2倍電源的峰值電壓，即實現二倍壓，該半周期時電流走向如下圖中桔色箭頭所示。