二极管详解：特性参数、选型要点与分类

admin2025-12-12 09:11:34【世界杯比赛赛】

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、VfLED（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：

计算峰值电流：I_peak = 2A × √2 ≈ 2.8A。

选整流二极管：If≥3.5A，Vr≥25V（如1N5408，If=3A，Vr=1000V）。

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：

选TVS二极管：击穿电压5V，峰值功率600W（如PESD5V0S1BT）。

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 Semiconductor1N400x系列、MBR系列肖特基高性价比，工业级可靠性VishaySD/SS系列肖特基、1N4148高频性能优异，低TrrDiodes IncBZX84系列齐纳、P6KE系列TVS小封装，适合高密度设计STMicroelectronicsSTTH系列快恢复二极管汽车级认证（AEC-Q101）LittelfuseSMAJ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。