Paper3 二极管-应用手册

一、二极管分类

二、二极管特性曲线

三、各类二极管参数

3.1 整流二极管参数 🐯

1. 最大整流电流（IF）：指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。这个参数决定了二极管能够承受的电流负荷。
2. 最高反向工作电压（VR）：指二极管两端允许施加的最大反向电压。超过这个电压，二极管可能会被击穿。
3. 反向漏电流（IR）：在最高反向工作电压下，二极管允许流过的反向电流。这个电流值越小，表明二极管的单向导电性能越好。
4. 击穿电压（VB）：指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值，是二极管反向工作时的最高临界电压。
5. 最高工作频率（fm）：二极管能够正常工作的最高频率。超过这个频率，二极管的单向导电性能将不能很好地体现。
6. 反向恢复时间（trr）：指二极管从正向导通状态切换到反向截止状态所需要的时间，对于高频电路尤为重要。
7. 零偏压电容（CO）：指二极管两端电压为零时，扩散电容及结电容的容量之和。

3.2 快速开关二极管 🐶

1. 最大反向工作电压（VRWM）：这是二极管在正常工作时允许的最大反向电压。选择时，应确保这个电压高于被保护电路的工作电压。
2. 反向恢复时间（trr）：这是二极管从导通状态切换到截止状态所需的时间。快速开关二极管的反向恢复时间非常短，通常在几纳秒到几十纳秒之间，这对于高速开关应用至关重要。
3. 最大正向电流（IF）：这是指二极管能够承受的最大正向电流。设计电路时，应确保这个值大于电路中的预期电流。
4. 正向压降（VF）：这是二极管导通时两端的电压。在设计电源电路时，这个参数会影响效率，因此通常希望这个值尽可能低。
5. 结电容（Cj）：这是二极管内部的电容，它会影响二极管的开关速度和高频性能。在高频应用中，较低的结电容是有利的。
6. 功耗（Pd）：这是二极管在正常工作时消耗的功率。在设计散热方案时，需要考虑这个参数。
7. 封装类型：快速开关二极管有多种封装类型，如SOD-123、SOT23、DO-35等。封装的选择会影响电路的布局和散热。
8. 工作温度范围：这是二极管能够正常工作的最低和最高温度。这个参数对于在极端环境下工作的电路尤为重要。

例如，1N4148是一种非常通用的高频开关二极管，具有75V的反向耐压和150mA的平均正向电流，非常适合一般场合做普通整流用。它的结电容为4pF，反向恢复时间为4ns，这些特性使其能够满足多数场合的使用需求。而BAV21W是一种常用的快速开关二极管，具有200V的反向电压和200mA的正向电流，非常快的反向恢复时间，以及DO-35封装，适合用于防雷保护、高频率开关电源和脉冲电路等应用。

3.3 TVS 二极管 🐷

ESD浪涌保护

1. 最大反向工作电压（VWM）：这是TVS二极管在正常工作时允许的最大反向电压，通常应大于或等于被保护电路的最高工作电压。
2. 击穿电压（VBR）：这是TVS二极管开始提供保护并将电流引导到地面时的电压等级。
3. 钳位电压（VC）：当通过TVS的电流达到特定波形的峰值时，TVS两端的峰值电压。钳位电压应小于后级保护电路的最大可承受的瞬态安全电压。
4. 峰值脉冲电流（IPP）：在规定的脉冲波形条件下，器件允许通过的最大浪涌电流。超过这个数值时，可能会永久损坏TVS二极管。
5. 脉冲峰值功率（PPPM）：脉冲峰值功率是指脉冲峰值电流IPP与最大箝位电压VC的乘积，即PPPM＝IPP×VC。这是TVS管能承受的最大峰值功率。
6. 结电容（Cj）：TVS二极管的寄生电容，对于高速信号线路的保护尤为重要，因为过大的结电容可能会影响信号的质量。
7. 漏电流（IR）：在最大反向工作电压条件下，流过TVS的最大电流。这个参数对于低功耗设计尤为重要。
8. 响应时间：TVS二极管的响应时间非常快，通常在皮秒级，能够迅速对瞬态过电压做出反应。

3.4 齐纳二极管 🐍

1. 齐纳电压（Vz）：这是齐纳二极管开始导通的反向偏置电压，通常在2.4V至数百伏之间，具体取决于二极管的型号。
2. 最大电流（Iz-max）：在反向击穿电压下，可以流过齐纳二极管的最大电流。这个值可以从200μA到200A不等。
3. 最小电流（Iz-min）：导致齐纳二极管击穿所需的最小电流，通常在5mA到10mA之间。
4. 测试电流（Iz）：在给定的齐纳电压下测量的电流，例如1N4732A的齐纳电压范围为4.465至4.935V，典型值为4.7V，测试电流为53mA。
5. 拐点电流（Izk）：维持齐纳二极管击穿状态所需的最小电流，对于1瓦齐纳二极管，典型值约为0.25至1mA。
6. 漏电流：在小于拐点电压的反向电压下，齐纳二极管的反向漏电流。
7. 额定功率（Pz）：齐纳二极管可以安全耗散的最大功率，常见的额定功率包括400mW、500mW、1W等。
8. 齐纳电阻（Rz）：齐纳二极管在击穿状态下提供的总电阻，它不是完全垂直的，因此对于齐纳二极管两端电压的微小变化，电流会发生轻微变化。
9. 温度系数（TC）：齐纳二极管受温度变化影响，温度系数指定每次温度变化时齐纳电压的百分比变化。对于5V以下的齐纳电压，温度系数通常是负的；对于高于5V的齐纳电压，温度系数是正的。
10. 封装：齐纳二极管有多种不同的封装，包括表面贴装和传统的通孔器件。
11. 结温：为了保证二极管的可靠性，二极管结温是一个关键参数。

齐纳二极管不会消耗静态电流，因此将低功耗 LDO 的
优势与齐纳二极管的灌电流能力相结合

过压保护的等效元器件： 并联稳压器 ATL431

ATL431 等并联稳压器作为齐纳二极管的替代器件提供，对于真正的齐纳二极管而言它是一个很好的替代品，适用于本应用报告中描述的用例。钳位电压可通过外部电阻调节，稳压器在非钳位状态下的工作电流非常低。最重要的功能是钳位点 I-V 曲线的陡峭特性。图 3-7 摘自 ATL431 数据表，它清楚地表明，当达到 2.5V 的钳位电压时，电流会快速增加，而稳压器以低于此钳位阈值的低电流运行。

3.5 肖特基二极管 🐑

1. 导通压降（VF）：二极管正向导通时两端的压降，通常在0.15V-0.45V之间，比传统二极管低，有助于提高系统效率。
2. 反向饱和漏电流（IR）：在二极管两端加入反向电压时流过的电流，肖特基二极管的漏电流相对较大，选择时尽量选择IR较小的型号。
3. 额定电流（IF）：二极管长期运行时允许的平均电流值。
4. 最大浪涌电流（IFSM）：允许流过的瞬间过量正向电流，远大于正常工作电流。
5. 最大反向峰值电压（VRM）：为避免击穿所能承受的最大反向电压，肖特基二极管的最高VRM值可达150V。
6. 最大直流反向电压（VR）：连续加直流电压时的值，对于直流电路非常重要。
7. 最高工作频率（fM）：肖特基二极管的fM值较高，最大可达100GHz，适合高频应用。
8. 反向恢复时间（Trr）：从正向导通到反向截止所需的时间，影响开关速度，肖特基二极管的Trr通常在纳秒级别。
9. 最大耗散功率（P）：二极管中有电流流过时产生的热量，与散热条件有关。
10. 结电容（Cj）：二极管内部电容，影响高频性能。
11. 封装：包括DO-41、SOT-23、TO-220等，影响电路布局和散热。
12. 工作温度范围：通常在-40°C至+150°C之间。

采用肖特基二极管提供反极性保护以防止现场电源接线错误，并提供对雷电和工业浪涌的抗扰能力
肖特基二极管的正向压降会在大电流下产生显著的功率损耗

3.6 小信号肖特基二极管 🐟

3.7 SiC肖特基二极管 🐔

四、二极管的应用

4.1 压控VOC振荡器

电压控制振荡器 (VCO) 的基础知识及其选型和使用
PIN二极管衰减器

Reference

1. diode_types_and_applications_an-c.rar
2. 半导体二极管及其基本电路.rar
3. 齐纳、PIN、肖特基和变容二极管的基础知识及其应用