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title: 二极管 (Diode)
url: https://doc.liz6.com/hardware/03-semiconductor/03-diode
locale: zh
area: hardware
tags:
- hardware
- 半导体
date: 2026-06-30
modified: 2026-06-30
description: 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)。 --- 伏安特性 (I-V Curve) 肖克利方程 三个工作区 | 区域 | 条件 | 行为 | |------|------|------| | 正向 | V Vf (约0.7…
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# 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
```

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## 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
| 区域 | 条件 | 行为 |
|------|------|------|
| 正向 | V > Vf (约0.7V) | 导通，I 指数增长 |
| 反向 | Vbr < V < 0 | 截止，仅 nA~μA 漏电 |
| 击穿 | V < Vbr | 反向电流急剧增加 |

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## 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
```

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## 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
```

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## 选型要点

| 参数 | 说明 |
|------|------|
| Vrrm (反向耐压) | ≥ 1.5x 最大反向电压 |
| If (正向电流) | ≥ 1.5x 最大工作电流 |
| Vf (正向压降) | 低压电路优选 Schottky |
| trr (反向恢复) | 高频→快恢复或 Schottky |
| 封装 | 功率→DO-201; SMD→SOD-123/SMA |

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