嵌入式——认识电子元器件——二极管系列

介绍

二极管是最常用的半导体被动元器件，电路符号：D
核心结构：
由PN结组成，一端阳极（正极）、一端阴极（负极）
外壳一般有白色色环、色点，有色环一端为负极。

• 二极管（Diode）是一种具有两个电极的装置。
• 二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过（称为顺向偏压），反向时阻断 （称为逆向偏压）。因此，二极管可以想成电子版的逆止阀。而变容二极管（Varicap Diode）则用来当作电子式的可调电容器。
• 整流：大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流（Rectifying）”功能。
• 早期的真空电子二极管，是一种能够单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的传导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。

核心特性

单向导电

• 正向导通、反向截止
• 电流只能从正极流向负极，反向基本不通电

单位说明

二极管无通用计量单位，重点看电气参数：

• 电压：V（伏特）
• 电流：A、mA（毫安）
• 功率：W（瓦）

常用专业名词

1. 正向导通电压
   硅管约0.7V，锗管约0.3V，达到该电压才会导通。
2. 反向耐压（最大反向电压）
   反向能承受的最高电压，超压直接击穿烧毁。
3. 正向工作电流
   长时间允许通过的最大电流，过流发热烧毁。
4. 反向漏电流
   反向截止时，微弱的漏电电流，越小质量越好。
5. 反向击穿电压
   普通二极管超过该电压直接损坏；稳压二极管利用此特性工作。
6. 结电容
   高频场景关键参数，影响高速信号、射频电路。
7. 恢复时间
   开关二极管专用，决定快速开关、高频切换能力。

用途

• 各类开关电源、充电器、适配器、家电控制板
• 水表、燃气表、STM32嵌入式硬件、工业控制板
• 电路防反接保护、过压保护、稳压电路
• 指示灯、设备状态灯、数码管、LED屏幕
• 变频器、充电桩、仪器仪表、汽车电子

工作原理

1. 正向偏置
   正极加正电压、负极加负电压 → PN结导通 → 电流通过，灯泡/电路工作。
2. 反向偏置
   负极加正电压、正极加负电压 → PN结截止 → 几乎无电流。
3. 反向击穿
   反向电压超过极限，二极管被击穿、永久损坏（稳压管除外）。

核心作用

1. 整流（最主要）
   把交流电 AC 转换成 直流电 DC，电源适配器、电路板必备。
2. 单向隔离、防反接
   防止电源正负极接反，保护后级芯片、元器件不烧毁。
3. 稳压、限压
   稳压二极管，稳定电路电压，防止电压波动。
4. 钳位、削波
   限制最高电压，防止脉冲高压损坏电路。
5. 检波、解调
   收音机、射频电路，提取有效信号。
6. 开关作用
   高速二极管可做电子开关，高频快速通断。
7. 发光/感光
   LED指示、光信号采集、光电检测。

分类

1. 按材料分

• 硅二极管：最常用，导通0.7V，耐高温、稳定性强
• 锗二极管：导通0.3V，适合低压微弱信号，现在少用

2. 按功能/类型

1. 普通整流二极管
   工频交流电整流、电源电路，耐大电流。
2. 稳压二极管（齐纳二极管）
   反向击穿区工作，稳定电压、电路稳压、限压保护。
3. 发光二极管 LED
   通电发光，指示灯、显示屏、照明、状态提示。
4. 光敏二极管（光电二极管）
   受光照产生电流，光信号转电信号，光控、检测、传感器。
5. 肖特基二极管
   导通压低、速度快、损耗小，高频、开关电源、快充电路。
6. 快恢复/超快恢复二极管
   反向恢复时间短，高频整流、开关电源、逆变器。
7. 双向触发二极管
   双向导通，用于触发电路、调光、调压。
8. 桥堆（整流桥）
   四个二极管集成一体，专门交流转直流。

常见故障与检测

1. 常见故障

• 击穿短路：正反都导通，电路短路、烧保险、设备无法开机
• 开路断路：正反都不导通，电路不通电、功能失效
• 漏电严重：反向漏电大，设备发热、待机耗电高

2.万用表测量

打到二极管档：

• 正向测量：显示0.5~0.7V → 正常导通
• 反向测量：显示OL无穷大 → 反向截止
• 正反都响/都有数值 = 击穿损坏
• 正反都不显示 = 断路损坏

示例图

注：图片来源