二極體的分類及識別參數（一文讀懂二極體）

2023-10-24 04:04:13

二極體（Diode），是電子元件當中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過（稱為順向偏壓），我們通常稱之為「整流（Rectifying）」功能。反向時阻斷 （稱為逆向偏壓）。因此，可以把二極體想像成是電子版的逆止閥。

二極體的應用很多，包括整流、檢波、開關、變容、發光、穩壓等，大部分應用使用的是二極體整流的功能。

二極體就是由一個PN結加上相應的電極引線及管殼封裝而成的。

採用不同的摻雜工藝，通過擴散作用，將P型半導體與N型半導體製作在同一塊半導體（通常是矽或鍺）基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區稱為PN結。

由P區引出的電極稱為陽極，N區引出的電極稱為陰極。因為PN結的單向導電性，二極體導通時電流方向是由陽極通過管子內部流向陰極。

二極體的電路符號如圖所示。二極體有兩個電極，由P區引出的電極是正極，又叫陽極；由N區引出的電極是負極，又叫陰極。三角箭頭方向表示正向電流的方向，二極體的文字符號用VD表示。

簡單的介紹一下二極體的歷史和原理。

1. 真空管以前・・・

發現二極真空管裡有整流特性和愛迪生效果是1884年。其實在這8年之前的1876年已發現了硒的整流作用。利用半導體特性實現整流效果的二極體的歷史十分古老。但比真空管還要古老是稍微意外吧。

2. 鍺，接下來矽

當初原始的二極體-硒整流器和礦產檢波器是，使用黃鐵礦和方鉛礦等天然亞酸化銅（多結晶半導體）。

其後，經過精煉技術的進步，轉移到了鍺，矽等高感度穩定生產的單結晶半導體的時代。鍺對熱特性弱，現在幾乎都使用矽。

3. 從PN結合誕生的整流效果

二極體素子是PN結合的構造。P形半導體端的端子叫陽極，N形半導體端的端子叫做陰極。

電流只能從陽極流到陰極，從陰極到陽極幾乎沒有電流流過。

這個效果叫整流效果，換句話說，就是把交流變換直流的作用。

4. 二極體就是開關

二極體的作用直說就是開關，電流的開關。把電流用水流比喻的話，陽極是上流，陰極是下流，水從上流到下流能流下去，就是說電流能流下去，但從下流不能流到上流。這就是二極體的整流作用。

5. 結合構造也有多樣

二極體的接合構造現在大有PN結合和肖特基形。前者是半導體和半導體結合，細分有擴散接合形和臺地形。後者是半導體和金屬之間發生的效果。結合這個語言通常不在二極體裡表現。在這裡為了容易理解分列在這裡。

6. 順方向特性和逆方向特性

二極體有陽極和陰極兩個端子，陽極 ( )，陰極 (-)。從陽極到陰極流過電流時的特性叫做順方向特性，例VF，IF。相反，從陽極 (-) 向陰極 ( ) 加電流時，二極體基本上無電流流過，這時的特性叫做逆方向特性，例VR，IR等逆方向特性。

二極體有按使用迴路的功能和製品的大小所要求形狀的兩種分類。麻煩的是這兩種分類沒有直接關連，所以經常要把兩種同時放在腦裡。可以理解為基本的功能加上各種各樣的形狀來補充。

1. 按頻率分類

最基本的分類方法。二極體根據其特性分為整流二極體、開關二極體、肖特基勢壘二極體、齊納二極體、用於高頻的高頻二極體。另外，作為保護元件一般使用齊納二極體，但隨著周邊電路的精密化、應用微細化，被要求使用更高性能的保護元件 — TVS (Transient Voltage Suppressor)。

2. 按結構分類

按素子構造來分類，主要分為現在主流的Planar形和耐高壓的臺地形。

平面型：

現在最常用的半導體結合的方法，在矽基板上形成氧化膜，在必要的地方開孔把不純物擴散結合。

擴散結合形（PN結合形）：

把不純物熱擴散到矽半導體裡，形成叫做P形，N形的不純物擴散領域。這個結合部產生叫做電位牆壁的牆壁。

肖特基勢壘型：

利用金屬與半導體結合時產生的電位牆壁的叫做肖特基墊壘形。很久以前就知金屬和半導體接觸時擁有整流特性，但理論說明的人是Mr.Shotoky，因此這個構造的起名為肖特基墊壘。和PN形來比，恢復時間快，所以高頻的整流效果非常好，還有順方向電壓也低，功耗也少，所以廣泛用於高頻整流。

臺面型：

結合部像富士山，這個構造的逆電壓 (VR) 容易變大，多用於整流二極體。耐壓容易做大，但相反與Planar形相比逆電流也變大，我公司的整流二極體是這個構造。

3. 按正向電流的大小分類

按順方向電流大小來分，IF未滿1A的叫做小信號二極體，1A以上的叫做中功率/大功率二極體。

4. 按集成度分類

我公司的強點是二極體排列，是指二極體集聚的複合二極體。最近我公司充實齊納二極體，肖特基二極體的複合品等豐富系列。

5. 按形狀分類

封裝，實際安裝形狀，二極體有各種各樣的形裝．大體分為插件形和貼片形。市場數年前開始貼片成為主流，我公司也擁有充實的貼片形系列。

二極體的應用

所有的電子電路中基本上都會用到二極體，它的特性也是非常之多，最主要就是單方向導電性。人們利用這些不同特性構成各種具體的應用電路。

① 整流二極體

整流二極體 (Rectifier Diode) 顧名思義，是指對商用頻率的交流電進行整流的二極體。整流的主要目的是將交流轉換為直流，其具有高電壓、高電流特性。

另外，根據使用頻率和使用條件不同，轉換效率有所不同，提供低VF（正向電壓）、高速開關型、低噪音等產品。

［整流電路的構成］

② 開關二極體

顧名思義，是指具有開關功能的二極體。此二極體具有正向施加電壓時電流通過 (ON)，反向施加電壓時電流停止 (OFF) 的性能。反向恢復時間 (trr) 短，與其他二極體相比，開關特性優異。

反向恢復時間 (trr)

反向恢復時間 (trr) 是指開關二極體從導通狀態到完全關閉狀態所經過的時間。一般關斷後電子不能瞬間停止，有一定量的反向電流流過。其漏電流越大損耗也越大。還正在開發優化材料或擴散重金屬從而縮短trr，抑制反衝後振蕩（振鈴）的FRD (Fast Recovery Diode) 等產品。

特點：trr是指電壓變為反向後，直到電流變為零的時間。trr快速，則可以實現低損耗、高速開關。

③ 肖特基勢壘二極體

一般的二極體是利用PN接合來發揮二極體特性，而肖特基勢壘二極體是利用了金屬和半導體接合產生的肖特基勢壘。

與一般的PN結二極體相比，具有正向電壓 (VF) 低，開關速度快的特點。但漏電流 (IR) 大，有如果熱設計錯誤則引起熱失控的缺點。

廣泛用於電源部二次側整流。其特性根據使用的金屬不同而不同，ROHM利用多種金屬，推出如下產品陣容。

特點：通過改變金屬種類，可製造低VF型、低IR型產品。

關於熱失控

肖特基勢壘二極體在特性上會因正向電流大而導致發熱。發熱則漏電流 (IR) 變大，同時外殼溫度、環境溫度也上升。如果熱設計錯誤，發熱將高於散熱，達不到熱平衡持續發熱。其結果漏電流 (IR) 也持續增加，最終元器件遭到損壞。這種現象叫做熱失控。

特點：周圍溫度高，則引起熱失控。

④ 恆壓（齊納）二極體

齊納二極體利用電流變化時電壓恆定的特點，用於恆壓電路，作為防止IC免受浪湧電流、靜電損壞的保護元件使用。其特點是一般的二極體是正向使用，而齊納二極體是反向使用。反向擊穿電壓稱為齊納電壓 (VZ) 、此時的電流值稱為齊納電流 (IZ) 。近年來隨著電子設備的微細化／高功能化的不斷發展，要求保護元件具備更高性能，在這種趨勢下逐漸拉大與TVS (Transient Voltage Suppressor) 的差別。

特點：只有ZD利用了反向特性。

⑤ 高頻二極體

引腳二極體舉例：

由電阻值高的I型半導體製成，其特點是引腳間電容(CT)非常小。正向電壓條件下,具有可變電阻特性，反向電壓條件下,具有電容器特性。利用其高頻特性（引腳間電容小，因此對通信線沒有影響），作為高頻信號開關（帶天線的行動裝置），衰減器，AGC電路用可變電阻元件使用。

引腳間電容 (CT) ？

二極體引腳間施加反向電壓時，存儲的電荷量稱為引腳間電容(CT)。接合P層和N層，則空穴與電子結合，在界面形成電氣特性為中性的耗盡層。耗盡層起到寄生電容器的作用，其電容值(CT) 與PN結的面積成正比，與距離 (d) 成反比。距離由P層、N層濃度等因素設計而成。向二極體施加電壓，則耗盡層擴大，CT下降。根據使用的應用不同，其要求的CT值不同。

特點：耗盡層越寬（d大）CT越低。

來源：ROHM，經華秋商城整理髮布，略有改動。