电工电子基础之元件篇：二极管的种类和好坏判断
妙工科技总结：对于变频器维修人员或者电工电子爱好者来讲，所有单向二极管只记一个核心点，像最常见的整流电路、稳压电路时箭头那端出正电压，用指针万用表测量二极管单身导通时红表笔接箭头这端，为正向导通。因为我们专业维修变频器都不习惯用数字万用表去测量二极管和三极管，数字万用表是反的，测量二极管时有导通数值的时候黑表笔在箭头那端。二极管箭头那端是标准的负极，这点容易搞混，我们早期学徒弟的时候习惯把剪头那端叫正极，家电维修的很我师傅也习惯这么叫，其实是错的。
无论是通过吸收光还是发射光子，半导体领域都有许多二极管类型。这些二极管类型可用于各种应用，例如整流、功率转换、微波、光学、传感、保护电路等。电子市场上的不同供应商提供不同类型的二极管。各类二极管都有多种功能，应用也很多，各有不同的分类方式。本文列出 30 种重要的二极管类型和符号，并根据其流行的功能及其应用对二极管类型进行了分类。整流二极管
1.PN结二极管PN 结二极管是用于整流、功率转换、限幅和电压电平转换器的最基本的二极管类型。“二极管”或“半导体二极管”和“PN 结二极管”经常互换使用。PN结因其结构简单而成为最常见的二极管类型之一。然而，“二极管”适用于更广泛的设备。
PN结二极管是五价杂质掺杂的P型和三价杂质掺杂的N型半导体材料的组合，形成称为“PN结”的结。当PN结二极管正向偏置时，它充当闭合开关并导通。但在反向偏置时，PN 结二极管充当断开的开关来阻止电流流动。因此，PN 结二极管允许电流单向流动。
2. 齐纳二极管
齐纳二极管是类似于基本 PN 结二极管的二极管类型之一，但在反向偏压下工作，用作电压调节器、限幅电路、移位寄存器等。在正向偏压下，齐纳二极管的行为类似于普通 PN 结二极管类型。在反向偏压下施加输入电压时，窄耗尽层允许电子从 P 侧的价带“隧道”进入 N 侧的导带。
电荷载流子隧道穿过重掺杂 PN 结中狭窄耗尽区的原理称为“齐纳效应”。由于耗尽层宽度极小，电子很容易隧道到另一侧并导致反向的电流流动。
3.功率二极管
功率二极管是高功率电子二极管类型的一部分。就像大多数功率半导体器件一样，功率二极管有一个额外的 N 层，也称为漂移区。重掺杂的P+区和N-漂移区形成结。这两层在重掺杂 N+ 层上外延生长。这种掺杂浓度和三层布置增加了高功率应用的电流和电压额定值。
特点包括高击穿电压和电流处理能力。由于欧姆电阻增加，功率二极管类型必须散发过多的热量，这使得散热器成为合适的解决方案。功率二极管的应用包括直流电源、缓冲电路、电源整流、稳压、逆变器等。
4.整流二极管
整流器是在电路中执行从交流电到直流电转换功能的二极管类型之一。应用包括半波整流器和全波整流器。此外，整流二极管成组使用以执行交流到直流功率转换。此类应用之一是桥式整流器，它使用 4 或 6 个二极管对输入信号进行整流。
整流二极管的工作原理是在连续的半周期内导通和断开。整流二极管在一个半周期内正向偏置以导通，在另一个周期内反向偏置以阻止电流流动。它切断输入波形的某些位置并传递所需的输出。因此，可以通过整流二极管操作轻松获得直流输出。
5.肖特基二极管
在肖特基二极管中，没有 PN 结，而是与 N 型或 P 型半导体接合的金属。N型肖特基二极管类型包含N型材料和金属，P型肖特基二极管由P型材料和金属组成。在肖特基类型的二极管中，金属和 N 型半导体之间的键合在二极管内部形成一个结。
肖特基势垒电位是电子穿过结所需的电压。使用这种二极管的优点是阈值电压低于硅二极管的 0.7V，从而实现快速开关速度。肖特基二极管用于整流和转换，但也适用于数字电子产品。示例包括 TTL 和 CMOS 逻辑系列应用。
6. 超级势垒二极管
超级势垒整流器 (SBR) 是 Diodes 公司的专有器件。与普遍看法相反，SBR 不是肖特基二极管，而是一种增强型二极管，它遵循 MOS 制造工艺，以获得低正向电压、更少漏电流和最佳开关性能。与肖特基二极管相比，该二极管类型支持较低的势垒电压，可实现更快的操作和热稳定性。
超级势垒整流器可将交流电转换为直流电。它在低工作温度下提供高功率效率。SBR 种类繁多，具有不同的额定电压、封装和应用。SBR 二极管类型用于降压/升压转换器、太阳能电池板、汽车 LED 照明以及许多其他应用。
发光二极管
7. LED二极管
发光二极管“LED”是将电能转化为辐射的最常见的二极管类型之一。流行的屏幕显示由 LED 制成，其工作原理是电致发光，其中电能源产生光子。在半导体物理学中，电子空穴复合通常意味着从高能态到低能态。能量状态的变化释放热或光。
硅和锗等常见半导体主要释放热量，但化合物半导体释放光子。磷化镓 (GaP) 和磷化砷化镓 (GaAsP) 等半导体在电子和空穴复合时释放光子。LED 类型二极管的颜色取决于制造所用半导体发射的波长。在电气和电气工程中，“打开”LED 是验证电路中电流的基础。
8. 激光二极管
激光二极管的工作原理与 LED 二极管类似，采用电致发光原理。从较高能态到较低能态的变化会产生红外、可见或紫外光谱中的辐射。激光二极管和 LED 之间的区别在于，激光二极管使用外部电压源来支持内部激光条件。另一个区别是 LED 二极管类型产生单色非相干光，而激光二极管产生相干光。电流流动促进电子-空穴复合以释放光子。
激光二极管类型的一些特点是注入技术和窄光束。最流行的激光二极管类型之一是量子阱二极管，其工作原理是基于离散能级值的“量子阱”原理。激光二极管用于激光打印、光纤、条形码、激光扫描和各种工业应用。
开关二极管
9. 阶跃恢复二极管
阶跃恢复二极管“SRD”是一种用于快速开关操作的二极管。P 侧和 N 侧结附近的掺杂浓度保持极低。远离结的半导体部分是重掺杂的。它减少了结中电荷载流子的数量，以支持快速开启和关闭。SRD 二极管类型也称为“折断二极管”，其工作原理是防止结中的电子-空穴复合以存储电荷。
通过产生高少数电荷载流子可以防止复合。大多数电荷载流子寿命决定了二极管的工作频率。SRD 用于脉冲发生器和微波频率倍频。
10.PIN二极管
PIN 二极管代表 P 型、本征和 N 型半导体。这些二极管类型由放置在两种重掺杂 P 型和 N 型材料之间的本征半导体层组成。这种放置背后的想法是允许最大反向电压。本征层中的载流子浓度较低，使得二极管适合高频操作。
在反向偏置期间，耗尽区宽度进一步增加以阻止反向电流并提供绝缘。在正向偏压下，电荷载流子从 P 移动到 N 以产生电流。与其他类型的二极管相比，PIN 二极管中的本征层导致 P 型和 N 型半导体之间的空间增加，从而降低了结电容。PIN 二极管用于开关、整流微波、光网络以及更多应用。
11. 隧道二极管
隧道二极管基于“量子隧道”原理。PN结的重掺杂减小了耗尽区的宽度。在正向偏压下，随着电子从价带隧道越过小势垒到空导带态，电流缓慢增加。然而，N 侧和 P 侧的能态随时间变得不对齐，导致电流减少。
该效应使二极管表现出负电阻，其中电流随着电压的增加而减少。另一方面，在反向偏压下，能态继续与时间更加一致。该操作将隧道二极管类型重新命名为“反向二极管”。隧道二极管类型的应用包括开关、快速整流、振荡和放大。
12. 光电二极管
与 LED 二极管相反，光电二极管将光能转换为电能。光电二极管也称为光电探测器，是一种根据入射光工作的 PIN 二极管。光电二极管的应用包括光检测、远程控制、透镜、光学滤波器等。强度大于半导体带隙的光子必须撞击表面以产生电子空穴对。
结的电场在复合之前将电子-空穴对分开。电子和空穴以相反的方向朝向半导体材料移动。电子和空穴数量的增加产生电动势，其大小取决于入射光的强度。光电二极管以两种模式工作——光伏模式——零偏压和光电导模式——反向偏压。在反向操作中，称为暗电流的漏电流流过光电二极管。
保护二极管
13. 反激二极管
反激二极管类型，也称为续流二极管或抑制二极管或反冲二极管或缓冲二极管，执行与缓冲电路类似的功能。反激二极管是一种 PN 结二极管，与电感器一起使用以减少电路中的电压尖峰。突然断开电源可能会产生电压尖峰，从而导致火花。反激二极管与电感器一起工作，将电流转向自身。反激二极管类型的一个重要方面是它们不会改变电路的运行。当开关闭合时，反激二极管反向偏置或关闭。但当开关打开时，反激二极管正向偏置，以在开关断开时传导故障电流。它消除了电弧的产生并保护开关。
14. 瞬态电压抑制器（TVS）二极管
瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管是一种耗散高瞬态功率浪涌的半导体器件。这意味着 TVS 二极管类型能够抑制高压尖峰。这些二极管是雪崩二极管，用于钳位过电压。TVS 二极管类型有两种工作模式：正常模式和浪涌抑制模式。在浪涌抑制模式下，TVS 在钳位电压值处切断过压。
TVS 二极管也称为 Transil 或晶闸管，当电压超过雪崩击穿点时，它会抑制额外的电流。从技术上讲，它会抑制高于击穿点或指定钳位点的所有电压。TVS 二极管类型有两种配置 - 单向和双向。单向 TVS 显示出不对称的 VI 特性，用于保护高于参考电平的单向信号。对于高于和低于参考电平的双向信号，双向 TVS 表现出对称的 VI 特性。
15.小信号二极管
顾名思义，“小信号”二极管表示交流信号。小信号类型的二极管适用于波形削波和钳位。半导体二极管的小信号响应指定了结和相关的内部电容。小信号二极管的制造目的是减少结电容、执行高速开关并提供纳秒量级的反向恢复时间。小信号二极管具有较小的结面积，以减少结电容，使其在较高频率下表现良好。通过化学蚀刻过程减少了结的面积，该过程去除了 PN 结的很大一部分。这部分称为台面二极管。从技术上讲，小信号类型的二极管包含N-轻掺杂、N+重掺杂、P-轻掺杂和P+重掺杂层。
16.恒流二极管
恒流二极管或限流二极管（CLD）或电流调节二极管（CRD）执行将电流限制到制造商确定的指定值的功能。恒流二极管的型号和符号是圆形阳极的组合，而不是三角形PN结二极管型阳极，但阴极类似。
恒流二极管在结构上是一个 n-JFET，具有短路的栅极至源极端子，允许单向电流流动。碳化硅 (SiC) 用于构建高压操作的恒流二极管类型。恒流二极管可在较长时间内提供稳定的电流值。电流调节点是器件可以调节的电流最大值。恒流二极管用于 LED 驱动器、激光二极管和相关电路。
微波或高功率二极管
17. 变容二极管
变容二极管或变容二极管或可变电容二极管类型是提供电可控电容的设备。变容二极管类型用于代替电容在微波应用中存储电荷。当任何类型的二极管反向偏置时，耗尽层厚度随着输入电压的增加而增加。结面积、掺杂浓度和各种其他因素决定了电容。电容与耗尽区的宽度和施加电压的平方根成反比。变容二极管类型的构造方式使其能够以低输入反向电压提供电容变化。变容二极管是一种小型廉价器件，用于调谐电路、VCO、RF 滤波器和其他微波应用。
18.耿氏二极管
耿氏二极管由三层 N 型材料组成，其中轻掺杂 N- 缓冲层放置在两个重掺杂 N+ 层之间。耿氏二极管的工作原理是1962年观察到的“耿氏效应”。当电压施加到耿氏二极管上时，它最初会像普通二极管一样导电。在中间轻掺杂层周围形成高电场。电子获得足够的动能以到达导带的更高谷。
观察到电子的质量在较高的谷中较高，从而降低了电子的迁移率。二极管的电导率随着电压增加到峰值而降低，使器件表现出负电阻。二极管再次导电超过称为“谷点”的特定点，因为电子到达导电带的较低水平，获得高迁移率。耿氏二极管类型用于微波振荡器。
雪崩渡越时间 (ATT) 二极管
19.雪崩二极管
雪崩二极管是一种在反向偏置模式下工作以支持雪崩击穿的半导体器件。与齐纳二极管不同，雪崩二极管是轻掺杂的，并且具有正温度系数。轻掺杂产生的差异在于，与齐纳二极管类型相比，耗尽层宽度更厚。较厚的耗尽区允许产生较弱的电场。它进一步导致在较高电压下发生击穿。
雪崩二极管类型的制造能够承受雪崩击穿而不会造成任何物理损坏。这些二极管在击穿操作下表现出较小的压降。雪崩二极管用作电压基准二极管、保护电路、用于数字信号处理的 SPAD（单光子雪崩二极管）接收器，以及作为微波中雪崩传输时间 (ATT) 设备的基础。然而，雪崩二极管是基于雪崩效应而不是ATT。
20. IMPATT二极管
IMPATT 二极管代表“冲击电离雪崩渡越时间”二极管。这些类型的二极管能够承受高功率和微波应用。它通常采用带有散热器的微波炉包装。IMPATT 二极管的工作频率范围为 3 GHz 至 100 GHz，输出功率为 1 W CW 至 400 W 脉冲以上。IMPATT 类型的二极管及其应用主要是微波振荡器和低功率雷达系统。
IMPATT二极管在结构上是由四个半导体层组成的PIN二极管：P+重掺杂层、轻掺杂N层、本征层和N+重掺杂层。IMPATT 二极管的工作原理是雪崩效应载流子倍增和渡越时间延迟。在反向偏置操作中，IMPATT 二极管在微波频率下表现出负电阻。
21.TRAPAT二极管
TRAPATT 二极管代表“俘获等离子体雪崩触发传输时间”二极管。它属于雪崩渡越时间类型的二极管家族，广泛用于微波发生器和振荡器。TRAPATT 二极管与 IMPATT 二极管类型相比效率更高，但在噪声产生方面不稳定。TRAPATT 二极管的工作频率范围为 1 GHz 至 10 GHz。
TRAPATT 二极管由任一结构层组成：P+、N 和 N+ 掺杂层。与 IMPATT 二极管类型类似，TRAPATT 二极管在雪崩区域以反向偏压工作。不同之处在于TRAPATT二极管的电场达到临界值的触发机制。由于电荷载流子以较低的速度漂移，简而言之，以较低的速度“被捕获”，电场会减小。雪崩击穿遍及整个有源区域以增加电流。
22.巴里特二极管
BARITT 二极管 “势垒注入传输时间”二极管。它经常与 IMPATT 二极管类型进行比较，因为它的噪声较小，约为 15 dB，这可能适用于也可能不适用于每个系统。BARITT 二极管类型广泛用于微波应用和防盗报警系统。BARITT 二极管的工作频率范围为 4 GHz 至 8 GHz，输出功率低至毫瓦级。
BARITT 二极管类型的工作原理是热电子发射原理，以实现低噪声，而不是像 IMPATT 和 TRAPATT 类型的二极管那样雪崩倍增和等离子体生成。两个 PN 结二极管背对背放置以进行 BARITT 操作。其中一种二极管类型的 N 型材料面积较大，可用作器件的注入区。
23.真空二极管
在半导体二极管出现之前，历史上就使用了真空二极管。约翰·安布罗斯·弗莱明爵士发明了第一个真空二极管，多年来广受欢迎。真空二极管类型用于放大、振荡、无线电传输等。二极管的功能是允许电流单向流动——真空二极管的工作原理相同。
真空二极管实际上并不是当今工程师使用的一种二极管，而是结构上具有两个电极的“真空管”。其中一个电极是正极“阳极”，另一个是负极“阴极”。真空二极管可以是正向或反向偏置，具体取决于应用。必须直接或间接加热阴极才能产生电流。真空二极管也称为热离子二极管，允许电流从阴极流向阳极，但阻止电流从阴极流向阳极。
老旧二极管技术
24、双二极管三极管
双二极管是一种历史器件，用于执行与当今半导体二极管类似的操作。与其他类型的二极管相反，双二极管并不完全是二极管，而是真空管。然而，双二极管符号是两个二极管的组合。20世纪，在半导体兴起之前，电子真空管已被广泛使用，多个电子管成组使用，以服务于不同的应用。
“双二极管三极管”是一种特殊的真空管，有一个三极管和两个所谓的二极管。这两个二极管实际上并不是半导体二极管，而是电极，遂称为二极管。双二极管用于放大、整流和检测应用。双二极管三极管的主要用途是广泛用于美国的无线电接收器中。
25.点接触二极管
点接触二极管是一种旧器件，用于执行与二极管类似的功能。该器件实际上不是 PN 结二极管类型，而是一种 N 型半导体，金属线放置在外壳或玻璃管中。由磷、青铜或银制成的金属线直接接触N型区以使二极管发挥作用。
金属丝或猫须在加热时就像 P 型半导体一样。金属和 N 型半导体之间的直接接触形成了一个具有较小电容的小结。由于更好技术的引入，这些二极管类型不再是主流应用。点接触二极管用于无线电接收器、视频检测器和电视。
26.晶体二极管
晶体二极管是无线电通信和检测中最初使用的二极管类型。晶体这个名字直接暗示了二极管的制造“晶体材料”。固态材料可以是硫化铅“方铅矿”或硅。晶体二极管类型只是一种采用晶体材料的点接触二极管。由于使用细金属线，这些二极管被称为“猫须”。由铜或黄铜制成的细金属线直接接触半导体晶体材料以形成结。该器件使电流沿一个方向流动，并阻止另一方向的电流。然而，由于导线和半导体之间的直接接触需要反复调整，晶体二极管的效率和灵敏度较低。
27. 肖克利二极管
肖克利二极管是最古老和最早的半导体二极管类型之一。诺贝尔奖获得者威廉·肖克利博士于 20 世纪 50 年代末发明了肖克利二极管。肖克利晶体管公司将该器件命名为“肖克利四层晶体管二极管”。肖克利二极管在结构上是一种四层三端半导体器件“晶闸管”，器件中没有控制栅极端子。
肖克利二极管因其在某些工作条件下具有整流特性而被称为二极管。这四层由交替的P型和N型半导体材料制成。该器件表现出独特的负电阻特性，其中电流随着电压的增加而减少。应用包括开关、锯齿振荡器、环形计数器、控制电路、计算机电路、电话等等。DIAC 和 Dynistor 等正在发展的技术逐渐取代了肖克利二极管类型。
28. 掺金二极管
掺金二极管是一种硅 PN 结二极管类型，含有金 (AU, 79) 掺杂剂，可提高计算机二极管的开关时间。使用固态扩散技术在硅 PN 结二极管中掺杂均匀的金浓度。金的掺杂使二极管能够控制电子空穴复合而不影响其他电性能。由此产生的掺金二极管可提供约 1 毫秒的反向恢复时间。
反向恢复时间是少数载流子寿命的函数，而少数载流子寿命又与高尔夫球原子浓度成反比。金掺杂剂还降低了漏电流和电荷存储能力。历史上，掺金二极管类型被提议用于计算机中以实现高开关速度。然而，黄金对于掺杂和制造来说一直太昂贵。
最新二极管技术
29.热敏二极管
热二极管是一种允许热量沿一个方向流动并阻止热量沿另一个方向流动的装置。非电气设备用于允许单向热流，但最近研究、实验和开发了热二极管，用于热电冷却器和热泵。二极管的一个端子比另一个端子热。根据热力学第二定律，热量会从较热的末端传递到低温的末端。
热二极管可以有效地管理系统中的热量。然而，热敏二极管尚未像半导体二极管类型那样实现商业化。热二极管可适用于各种应用，包括热计算、热量制冷、消费电子产品和可再生能源等新技术。
30.超导二极管
超导二极管类型是一项正在研究和开发的新技术，有一些实验模型。超导二极管类似于理想二极管，表现出理想的特性。超导类型的二极管在导电路径中表现出零压降，在非导通状态中表现出无限电阻。所提出的超导二极管是放置在人造超晶格中的磁控器件。
另一个例子是约瑟夫森结，其中非超导材料夹在两个超导体之间以实现有效的电流流动。
二极管的类型还有许多种，还有许多的分类方法。它作为最基础的电子元器件，我们要需要尽可能的了解其原理。
