2.4 二极管的特性与选用

二极管在电子电路中用得较多，功能各异。从结构上来分，有点接触型和面接触型二极管。面接触型二极管的工作电流比较大，发热比较严重，它的最高工作温度不允许超过100℃。按照功能来分，有快速恢复及超快速恢复二极管、整流二极管、稳压二极管及开关二极管等。下面谈谈各种二极管的特点及检测方法。

2.4.1 开关整流二极管

开关二极管用在高速运行的电子电路中，起信号传输作用，在模拟电路中起钳位抑制作用。高速开关硅二极管是高频开关电源中的一个主要器件，这种二极管具有良好的高频开关特性。它的反向恢复时间trr只有几纳秒，而且体积小、价格低。在开关电源的过电压保护、反馈控制系统中常用到硅二极管，如1N4148、1N4448。整流二极管的选用参照表2-5。

硅二极管的主要技术指标如下：

1）最高反向工作电压VRM和反向击穿电压VBR：这两个参数越大越好。

2）最大管压降VFM：小于0.8V。

3）最大工作电流Id：大于150mA。

4）反向恢复时间trr：小于50ns。

5）交流电阻RD：交流电压的变量ΔVD与相应的电流变量ΔI之比，即RD=ΔVD/ΔID，RD变化范围为6～20Ω。

6）二极管极间电容CB：二极管正向电阻大时，极间电容小，反之就大。高频时CB较大，容易引起电路振荡。

2.4.2 稳压二极管

稳压二极管又叫齐纳二极管（Zener Diode），具有单向导电性。它工作在电压反向击穿状态。当反向电压达到并超过稳定电压时，反向电流突然增大，而二极管两端的电压恒定，这就叫作稳压。它在电子电路中用作过电压保护、电平转换，也可用来提供基准电压。

稳压二极管分为低压和高压两种。稳压值低于40V的叫作低压稳压二极管；高于200V的叫作高压稳压二极管。现在市面上2.4～200V各种型号规格齐全。稳压二极管的直径一般只有2mm，长度为4mm。它的稳压性能好、体积小、价格便宜。稳压二极管从材料上分为N型和P型两种。选用稳压二极管的原则是：第一，注意稳定电压的标称值；第二，注意电压温度系数。

稳压二极管具有如下作用：第一，对漏极和源极进行钳位保护，如图2-12a所示；第二，起到加速开关管导通的作用，如图2-12b所示；第三，在开关电源中常用高压稳压二极管代替瞬态电压抑制器（TVS）对一次回路中产生的尖锋电压进行钳位；第四，在晶体管反馈回路中，常常在晶体管的发射极串联一只稳压二极管作为电压负反馈，提高放大电路的稳定性。

稳压二极管的主要参数如下：

1）稳定电压VZ。设计人员根据需要选用。

2）稳定电流IZ。

3）温度系数αt。温度越高，稳压误差越大。

表2-6列出了常用稳压二极管的型号及主要参数。

2.4.3 快速恢复及超快速恢复二极管

快速恢复二极管（Fast Recovery Diode，FRD）和超快速恢复二极管（Superfast Recovery Diode，SRD）是很多电子设备中常用的器件，在开关电源中也经常用到。这两种二极管具有开关特性好、耐压高、正向电流大、体积小等优点，常用在电子镇流器、不间断电源、变频电源、高频微波炉等设备的整流、续流、限流等电路中。

它的性能指标特点如下：

1）反向恢复时间trr：通过二极管的电流由零点正向转反向后，再由反向转换到规定值的时间。在图2-13中，IF是正向电流，IRM为最大反向恢复电流，Irr为反向恢复电流。规定Irr=0.1IRM，当t≤to时，正向电流I=IF。当t＞to时，由于整流二极管的正向电压突变为反向电压，正向电流迅速减小。在t=t1时，I=0，整流二极管上的反向电流IR逐渐增大，在t=t2时达到最大反向恢复电流IRM。以后在正向电压的作用下，反向电流逐渐减小，在t=t3时达到规定值Irr。从t1到t3的时间为反恢复时间。

2）平均整流电流Id：这是选用二极管的又一个主要指标。一般来说，选用管子的整流电流是设计输出电流的3倍以上。

3）恢复和快速恢复二极管有3种结构，即单管、共阴极对管和共阳极对管。所谓共阴极、共阳极是指两只二极管接法不同。

检测方法及选用原则如下：

1）检测方法：利用万用表的电阻档或数字万用表的二极管检测档，能够检查二极管的单向导电性，并测出正向导通压降；用绝缘电阻表能测出反向击穿电压。一般正向电阻为6Ω，反向电阻为无穷大，可从读出的负载电压计算出正向导通压降。

2）选用原则：超快速恢复二极管在开关电源中可作为阻塞二极管和二次侧输出电压的整流二极管。超快速恢复二极管的反向恢复时间在20～50ns之间；整流电流Id为最大输出电流IOM的3倍以上，即Id＞3IOM；最高反向工作电压VRM为最大反向峰值电压V（BR）S的2倍以上，即VRM＞2V（BR）S。常用超快速恢复二极管的型号及主要参数见表2-7。

2.4.4 肖特基二极管

肖特基二极管（Schottky Barrier Diode，SBD）是一种N型半导体器件，工作在低电压、大电流状态下，反向恢复时间极短，只有几纳秒，正向导通压降为0.4V，而整流电流达数百安。它是最近在开关电源中应用得最多的一种器件。区分肖特基二极管和超快速恢复二极管的方法是两者的正向压降不同，肖特基二极管的正向压降是0.4V，超快速恢复二极管的正向压降是0.6V。值得注意的是，肖特基二极管的最高反向工作电压一般不超过100V，它适合用在低电压、大电流的开关电源中。表2-8给出了肖特基二极管的型号及主要参数。

2.4.5 瞬态电压抑制器

瞬态电压抑制器（Transient Voltage Suppressor，TVS）是一种电压保护器件。由于它在电路中的响应速度快、体积小、价格低，在开关电源和其他一些家用电器中得到了应用。瞬态电压抑制器是一种用硅材料制成的器件，它与硅整流二极管一样都具有PN结；封装形式有DO-41、A27K、A37K；在75℃温度下额定脉冲功率为2W、5W、15W；在25℃温度下承受的浪涌电流达到50A、80A、200A；最大功率可达60kW，承受瞬态高能电压（如浪涌电压、雷电干扰尖峰电压）时，能迅速反向击穿，由高阻态变为低阻态，把干扰脉冲钳位到规定值，使设备不受外界条件影响，保护设备安全。

TVS有单向瞬态电压抑制和双向瞬态电压抑制两种。它的主要技术指标有：反向击穿电压VB（这是选择时首先考虑的参数）、脉冲电流IP（如果选小了，TVS将会击穿）、钳位时间（越短，安全性越好，一般仅为1ns）。如果反向电压达不到，可以用两只或三只TVS串联起来使用。表2-9给出了TVS的型号及主要参数。