二极管详解：特性参数、选型要点与分类
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、Vf | LED（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 Semiconductor | 1N400x系列、MBR系列肖特基 | 高性价比，工业级可靠性 |
| Vishay | SD/SS系列肖特基、1N4148 | 高频性能优异，低Trr |
| Diodes Inc | BZX84系列齐纳、P6KE系列TVS | 小封装，适合高密度设计 |
| STMicroelectronics | STTH系列快恢复二极管 | 汽车级认证（AEC-Q101） |
| Littelfuse | SMAJ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。