二极管 (Diode)

基本概念

二极管 — 基于 PN 结的单向导通器件，电流只能从阳极 (Anode) 流向阴极 (Cathode)。

符号:  ──▸├──
      阳极  阴极    (三角指向允许电流方向)

实际: 正向导通，反向截止
      P 区接 +，N 区接 - → 导通
      P 区接 -，N 区接 + → 截止

伏安特性 (I-V Curve)

  I (mA)
  ↑
  │        ┌────── 正向导通 (>Vf)
  │        │
  │       /
  │      /
  │     /
──┼────/──────────→ V
  │   /
  │  /
反向  │         Vf ≈ 0.7V (Si)
击穿  │         Vf ≈ 0.3V (Schottky)
      │         Vf ≈ 1.8~3.3V (LED)

肖克利方程

I = Is × (e^(V/(n·VT)) - 1)

Is: 反向饱和电流 (~nA~μA)
VT: 热电压 ≈ 26mV (300K)
n:  理想因子 1~2

三个工作区

常见类型

整流二极管 (Rectifier)

用途: AC→DC 整流
特点: 大电流 (1A~100A+)，高耐压 (50V~1kV+)
Vf ≈ 0.7~1.2V
反向恢复时间 trr 较长 (μs 级)

典型型号: 1N4007 (1A/1000V), 1N5408 (3A/1000V)

快恢复二极管 (Fast Recovery)

trr: 数十~数百 ns
用于开关电源、高频整流
典型: UF4007, FR107

肖特基二极管 (Schottky)

结构: 金属-半导体接触 (不是 PN 结!)
Vf ≈ 0.15~0.45V  (低压降!)
trr 极短 (几乎为零)
缺点: 反向漏电大，耐压低 (<200V)

用途: 开关电源续流、ORing、太阳能旁路
典型: 1N5819 (1A/40V), SS34 (3A/40V)

稳压二极管 (Zener)

工作在反向击穿区，提供稳定参考电压

符号: ──▸├──  (阴极标识略有不同)

Vz: 2.4V ~ 200V
工作原理:
  Vz < 5V: 齐纳击穿 (负温度系数)
  Vz > 5V: 雪崩击穿 (正温度系数)
  Vz ≈ 5V: 两者平衡，温度系数最小 (最稳定)

典型应用: 并联稳压器、电压基准、ESD 保护
典型型号: BZX55 系列, 1N47xx 系列

TVS 二极管 (瞬态电压抑制)

专门吸收浪涌/ESD 脉冲
响应速度: ps 级
钳位瞬态电压保护后级电路

典型: USB/HDMI 等接口的 ESD 保护

发光二极管 (LED)

Vf: 红≈1.8V, 绿≈2.2V, 蓝/白≈3.0~3.3V
电流: 典型 5~20mA (指示用)

必须串联限流电阻!
R = (Vsupply - Vf) / I_LED

例: 5V 驱动红色 LED @10mA
R = (5-1.8)/0.01 = 320Ω → 选 330Ω

典型应用

半波整流

      ┌──▸├──┐
AC ───┤      ├── Vout (脉动直流)
      └──────┘

只有正半周通过，效率低 (40.6%)

全波桥式整流

      ┌──────┐
      │  ┌─▸├─▸├─┐
AC ───┼──┤      ├── Vout
      │  └─▸├─▸├─┘
      └──────┘

4个二极管，两个半周都利用
效率: 81.2% (无滤波电容)

续流二极管 (Flyback)

继电器/电机线圈关断时:
  线圈电流不能突变 → 产生高压尖峰
  反向并联二极管为电流提供通路
  
      ┌──▸├──┐
      │      │
    ┌─┴─┐    │
    │线圈│    │
    └─┬─┘    │
      │      │
      └──────┘

"续流"二极管必须有! 否则烧 MOSFET/三极管

钳位 / 限幅

用二极管将信号限制在特定电平范围内
常用于 ADC 输入保护: 信号 > Vcc+0.3V 或 < -0.3V 时二极管导通

选型要点

关键词: 二极管, PN结, Vf, 整流, 肖特基, 齐纳, TVS, LED, 续流