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二极管详解：特性参数、选型要点与分类

news 来源：原创 2025/8/26 22:20:26

一、二极管的基本定义

二极管（Diode） 是由半导体材料（如硅、锗）构成的双端器件，核心特性是单向导电性。其结构基于PN结，正向偏置导通，反向偏置截止。

核心功能：
- 整流（交流转直流）。
- 信号调制、电压钳位、电路保护。

二、二极管的特性参数

1. 正向特性参数

参数	定义	公式/示例
正向电压降（Vf）	二极管导通时的压降（硅管约0.7V，锗管约0.3V）	P_loss = Vf × If（导通损耗计算）
最大正向电流（If）	允许长期通过的最大平均电流	若If=1A，实际使用≤0.8A（降额20%）
浪涌电流（Ifsm）	短时间内可承受的峰值电流（如电源启动瞬态）	保险丝配合选型需考虑此参数

2. 反向特性参数

参数	定义	公式/示例
反向击穿电压（Vr）	反向偏置时发生击穿的临界电压（齐纳二极管专用）	选型时工作电压≤0.8×Vr（降额）
反向漏电流（Ir）	反向偏置时的微小电流（nA~μA级）	高温下Ir指数级增长（如每10℃翻倍）

3. 动态特性参数

参数	定义	应用场景
反向恢复时间（Trr）	从导通到截止的延迟时间（ns级）	高频开关电路（如PWM电源）
结电容（Cj）	PN结电容，影响高频响应	射频检波、高速开关电路

三、二极管的分类及特点

1. 按功能分类

类型	特点	典型应用
整流二极管	高If（1A~100A），低Trr（>1μs）	电源整流、电机驱动
开关二极管	快速恢复（Trr<100ns），低Cj	高频开关、信号调制
肖特基二极管	低Vf（0.3V），超快恢复（Trr<10ns）	低压差整流、DC-DC续流
齐纳二极管	精准反向击穿（Vz=2V~200V），稳压功能	电压基准、过压保护
TVS二极管	高瞬态功率（kW级），响应时间ps级	ESD防护、雷击浪涌保护
发光二极管（LED）	正向导通发光（Vf=1.8V~3.3V）	指示灯、显示屏、光通信

2. 按材料与工艺分类

硅二极管：主流类型，耐高温，Vf=0.7V。
锗二极管：低Vf=0.3V，但耐温性差（≤80℃）。
GaAs二极管：高频特性优，用于微波电路。

四、二极管选型方法

1. 选型流程

明确应用场景：
- 整流、开关、稳压、保护或发光？
关键参数筛选：
- 整流二极管：高If、低Vf。
- 开关二极管：低Trr、低Cj。
- TVS二极管：高瞬态功率、响应速度快。
降额设计：
- 工作电压≤80% Vr，电流≤80% If。
热设计验证：
- 计算结温：Tj = Ta + (P_loss × Rθja)
  （Ta：环境温度，Rθja：热阻）
- 确保Tj ≤ 最大结温（硅管通常150℃）。

2. 不同场景的选型重点

应用场景	关键参数	推荐类型
电源整流	If、Vr、Vf	整流二极管（如1N4007）
高频开关	Trr、Cj	肖特基二极管（如SS14）
电压稳压	Vz精度、功率	齐纳二极管（如BZX84C5V1）
ESD防护	击穿电压、响应时间	TVS二极管（如P6KE6.8CA）
指示灯	发光波长、Vf	LED（如红光LED，Vf=2V）

3. 选型注意事项

热管理：大电流场景需加散热片或选择TO-220封装。
高频影响：结电容Cj影响信号完整性（如100MHz以上选Cj<5pF）。
反向恢复：开关电源中若Trr过长，会导致效率下降和EMI问题。
成本权衡：通用场景选标准二极管（如1N4148），高性能场景选肖特基/TVS。

五、典型选型案例

案例1：5V/2A电源整流

需求：输入AC 12V，输出DC 5V/2A，桥式整流。
选型步骤：
1. 计算峰值电流：I_peak = 2A × √2 ≈ 2.8A。
2. 选整流二极管：If≥3.5A，Vr≥25V（如1N5408，If=3A，Vr=1000V）。
3. 验算损耗：P_loss=2A × 0.7V × 2（桥式）=2.8W → 需散热设计。

案例2：USB端口ESD保护

需求：防护±15kV ESD脉冲。
选型步骤：
1. 选TVS二极管：击穿电压5V，峰值功率600W（如PESD5V0S1BT）。
2. 布局要点：TVS靠近USB接口，走线长度<5mm。

六、主流二极管厂商推荐

厂商	优势产品	特点
ON Semiconductor	1N400x系列、MBR系列肖特基	高性价比，工业级可靠性
Vishay	SD/SS系列肖特基、1N4148	高频性能优异，低Trr
Diodes Inc	BZX84系列齐纳、P6KE系列TVS	小封装，适合高密度设计
STMicroelectronics	STTH系列快恢复二极管	汽车级认证（AEC-Q101）
Littelfuse	SMAJ系列TVS、SBRT系列肖特基	高瞬态功率，抗浪涌能力强

七、总结

二极管选型需四步走：

明确功能：整流、开关、稳压或防护。
参数匹配：Vf、Vr、If、Trr等核心参数需满足应用需求。
降额设计：电压、电流、温度均需留余量。
厂商优选：根据场景选择高性价比或高可靠性型号。

设计箴言：

“整流选压降，开关看速度；
稳压求精准，防护靠TVS。”

注：本文内容基于通用技术规范，具体设计请参考器件数据手册并结合实际测试验证。

二极管详解：特性参数、选型要点与分类

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