一、什么是二极管？

二极管是一种只允许电流单方向流动的半导体器件，由PN结构成。其基本结构使其具备以下两种主要特性：

• 正向导通（Forward Bias）： 当P端电压高于N端，电流可以通过。

• 反向截止（Reverse Bias）： 当N端电压高于P端，几乎没有电流流过。

这种单向导电性使得二极管可以在电路中扮演整流、限幅、钳位、保护、开关等角色。

二、常见二极管的分类与应用

根据结构与用途的不同，二极管可以细分为以下几种类型：

1. 普通整流二极管

• 代表型号： 1N4001~1N4007

• 应用场景： AC转DC整流电路，如变压器后的整流模块

• 特点： 电流大、反向击穿电压高

2. 快恢复二极管（FRD）

• 代表型号： UF4007、FR107

• 应用场景： 高频开关电源、电感性负载保护

• 特点： 恢复时间短，适用于高频电路

3. 肖特基二极管（Schottky）

• 代表型号： SS14、MBR1045

• 应用场景： 高频整流、低压降系统

• 特点： 正向压降低，开关速度快

4. 稳压二极管（Zener Diode）

• 代表型号： 1N4728~1N4764

• 应用场景： 电压基准、稳压保护

• 特点： 反向击穿后可稳定电压输出

5. 发光二极管（LED）

• 应用场景： 指示灯、照明、信号传输

• 特点： 电流流动时发光，颜色与材质相关

6. TVS二极管（瞬态抑制二极管）

• 代表型号： SMBJ5.0CA、P6KE系列

• 应用场景： 静电防护、电涌吸收

• 特点： 反应速度快，吸收浪涌能量

三、二极管的工作原理详解

1. 正向导通特性

当正向电压超过**“开启电压”（约为0.6~0.7V对于硅二极管）**时，PN结导通，电流开始流动。此时二极管表现为一个小电阻，允许电流从P端流向N端。

2. 反向截止特性

当施加反向电压时，PN结处于截止状态，仅有微弱的“漏电流”存在，直至反向电压达到“击穿电压”后才会导通。

3. 开关特性

二极管导通与截止间的过渡过程极短，尤其是肖特基与快恢复二极管，因此它们常被用于高频整流与高速开关场景中。

四、二极管在电路设计中的核心作用

1. 整流作用 —— 电源电路中的“电流门”

• 全波整流桥（如1N4007整流桥）： 将交流变直流，是电源模块的标配。

• 应用场景： 线性电源、开关电源前级整流。

2. 稳压保护 —— 稳压二极管的双重身份

• Zener二极管串联后接负载，可保持电压恒定。

• 并联接法： 当电压超过击穿点，迅速导通泄放多余电压。

• 典型电路： 稳压电源、ADC输入保护

3. 反接保护 —— 防止接反极性损坏电路

• 在电源输入端串联或并联一个普通二极管或肖特基，防止电池接反。

• 并联型优于串联型： 电压损耗更小。

4. 静电防护 —— TVS二极管的高速响应

• USB、HDMI、LAN口等易受静电干扰的地方必须加TVS。

• 响应时间纳秒级，是防护芯片的“最后一道防线”。

5. 信号钳位与限幅 —— 波形整形与信号保护利器

• 在运放、逻辑电路中，使用二极管钳制信号幅度。

• 可防止高电压信号损坏IC输入。

6. 隔离作用 —— 阻断回流电流，避免互扰

• 在继电器、电感负载等处，二极管可防止感应电动势反向击穿晶体管。

• 常称为“续流二极管”或“自由轮回二极管”。

五、二极管选型的实用技巧

在实际设计中，选择合适的二极管至关重要。以下几个参数是选型关键：

1. 最大正向电流（IF）： 应大于电路工作电流20%；

2. 最大反向电压（VR）： 应高于实际工作电压；

3. 反向恢复时间（trr）： 高频电路优先考虑肖特基或快恢复类型；

4. 封装形式： SMD贴片适合自动化装配，DIP适合手工焊接；

5. 正向压降（VF）： 低VF意味着更高效率，特别适用于便携设备。

六、常见应用电路案例

1. 二极管桥式整流电路

text复制编辑输入AC → 二极管桥（如MB6S） → 滤波电容 → DC输出

可实现220V转DC 5V、12V的基本整流功能。

2. 稳压二极管+电阻分压稳压

text复制编辑电源正极 → 电阻 → Zener二极管（反向） → 地Zener与负载并联，可稳定输出电压

适用于小功率稳压场景。

3. 续流二极管在继电器控制电路中

text复制编辑继电器线圈两端并联一个整流二极管，方向与驱动电流反向

可有效吸收线圈断电时的感应电压，保护驱动管不被击穿。

七、未来趋势与技术前沿

随着电子设备高频化、微型化的发展，二极管也不断升级：

• 碳化硅（SiC）二极管： 具备更高击穿电压与更低正向损耗；

• 集成TVS防护模块： 广泛用于USB-C、PD协议接口；

• 智能二极管阵列： 具备自诊断与故障保护功能。

八、总结

二极管虽小，却是电路设计中不可或缺的核心元件。从基础整流、稳压，到高级应用如过压保护与信号钳位，二极管的作用贯穿电路设计的各个阶段。掌握其工作原理、类型差异与选型技巧，是每位电子工程师迈向专业化的必修课。