二极管的类型
二极管是带有pn结或替代结的双端半导体器件。表2-1显示了一个二极管分类的实例。它们按结构和用途可分为整流二极管、齐纳二极管等。二极管已被广泛应用。
二极管不仅可以按上图分类，还可以按用途分类。
整流二极管的功能
二极管有一个特性是电流流动（正向）或不流动（反向）取决于施加电压的方向。其工作是将交流电（AC）电压转化为直流电（DC）。电极端子称为阳极（A）和阴极（K），当阳极电极处于正电位时电流流动。
注：阴极“K”来自德语“Kathode”。
整流二极管的正向特性（IF-VF特性）
整流二极管的正向特性随电流电平和温度的变化而变化。
在低电流区，VF在高温时较低，而在大电流区的情况则相反。
一般来说，使用二极管时，应在Q点（上述两种情况的交叉点）以下有足够的温度裕度。
（1）以载流子迁移为主的蓝色区域：VF随着温度的升高而降低。
由于载流子在受热时很容易移动，因此VF在高温时比低温时低。
（2）以载流子碰撞为主的红色区域：VF随着温度的升高而升高。
当大电流流动时，许多载流子会移动。在高温情况下，载流子之间的碰撞概率增加，VF比低温时高。
什么是FRD（快速恢复二极管）？
快速恢复二极管的结构和功能与整流二极管相同。整流二极管用于500Hz以下的低频应用，而FRD则用于从几千赫兹到100kHz的高频开关。因此，二极管具有反向恢复时间（trr）很短的特性，这对高速开关非常重要。根据trr值，FRD也称为S-FRD、HED等。
一般整流二极管的trr为几微秒到几十微秒。另一方面，FRD的trr是几十毫微秒到几百毫微秒，约为整流二极管的1/100。它应用于开关 电源 、逆变器、DC/DC转化器等。
图2-3（a）二极管开关波形和损耗实例
图2-3（b）通用整流器与FRD的trr比较
当频率较低时，由trr引起的损耗（反向恢复损耗）可以忽略不计，但这种损耗会随着频率的增加而增加，当频率变为几千赫兹或更高时，则损耗不能忽略。
什么是稳压二极管（齐纳二极管）
稳压二极管利用了pn结的反向特性。当提高pn结二极管的反向电压时，大电流在一定的电压下开始流动，并得到恒定的电压。（这种现象称为击穿，其电压称为击穿电压。）
稳压二极管积极利用了这一特性。由于这种击穿电压也被称为齐纳电压，所以稳压二极管也被称为齐纳二极管。该电压可用作恒压电源或电子电路的参考电压。
（注：一般情况下，当电压小于或等于6V时，会观察到齐纳现象。如果电压超过6V，雪崩现象将超过齐纳现象成为主导。齐纳电压和雪崩电压具有不同的温度特性，前者的温度系数为负，后者的温度系数为正。）
什么是TVS二极管（ESD保护二极管）？
TVS二极管（ESD保护二极管）是一种齐纳二极管。它是用于解决静电放电（ESD）问题的二极管。它可以保护集成电路和其它电路，以免USB线路的高压静电放电进入电路。
TVS二极管将吸收接口、外部端子等的异常电压，防止电路故障并保护器件。它适用于吸收和抑制静电或短脉冲电压。
图2-5（a）TVS二极管的使用示例
采用TVS二极管（ESD保护二极管），可吸收侵入性的ESD，防止电路故障，保护 IC 等器件！
图2-5（b）TVS二极管的电特性
TVS二极管和齐纳二极管之间的差异
如图2-6（a）所示，TVS二极管（ESD保护二极管）在短时间内吸收很高的过电压，其作用是避免对其它半导体器件施加过大的电压。另一方面，如图2-6（b）所示，齐纳二极管将输入电压钳制为恒定电压，并将钳制的电压提供给其它半导体器件。
因此两者的差异在于，TVS二极管吸收浪涌电压以保护其它半导体器件，而齐纳二极管为其它半导体器件提供恒定电压。
图2-6（a）TVS二极管的用途 图2-6（b）齐纳二极管的用途
[TVS二极管：参见图2-7（a）]
TVS二极管通常用于反向阻塞状态。（几乎没有电流流动，只施加电压。）
只有当电压超过一定电压（钳位电压）并施加到TVS二极管时，才会发生击穿（钳位）。
图2-7（a）TVS二极管使用区域
齐纳二极管通常用于击穿状态。
假设击穿（齐纳）电流总是在正常状态下流动。
图2-7（b）齐纳二极管使用区域
什么是可变电容二极管（变容二极管）？
可变电容二极管是利用耗尽层电容特性的产品。当施加反向电压时，耗尽层出现在二极管的pn结中，其厚度与反向电压成正比。
因此，随着反向电压的增加，耗尽层厚度增加，但电容减小。其作用与增加电容器两个电极之间的距离相同。相反，如果反向电压减小，耗尽层厚度减小，但电容增加。
它应用于调谐电路等。由于这种电容变化会改变频率特性，因此与普通二极管相比，需要较大的容量变化率。
图2-8（a）可变电容二极管的电特性
图2-8（b）可变电容二极管的符号
图2-8（c）可变电容二极管耗尽层与电容的关系
可变电容二极管与一般二极管不同，其重要特性不是正向电压VF和开关特性，而是电容值及其变化（取决于电压）。
什么是肖特基势垒二极管（SBD）？
肖特基二极管（SBD）是一种采用半导体和金属（比如：钼）结合，而不是采用pn结的器件。一般来说，金属与n型层结合的半导体已经实现了商业化。由于其正向电压小，反向恢复时间短，所以适合于高速开关应用。
对于SBD而言，正向电压（VF）和反向泄漏电流之间存在折衷关系。
根据所使用的金属，通常来说反向耐受电压约为20至150V，VF约为0.4至0.7V，低于pn结二极管的值。
具有低正向电压和低泄漏电流的新型结构的SBD也已经实现商业化。
（东芝采用沟槽结构的SBD，实现了低VF和低泄漏电流的特性。）
图2-9（a）肖特基二极管的符号与结构
图2-9（b）肖特基二极管的电特性
肖特基势垒二极管（SBD）的反向恢复特性
SBD的反向恢复时间（trr）由LC谐振电路根据结电容和外部接线的电感确定。（由于结电容几乎不受温度的影响，所以从室温到高温trr相同。）
对于pn结二极管而言，trr会随着温度的升高而变长。所以SBD的开关特性越来越具优越性，适合用于高频开关。
图2-10（a）反向电压施加于SBD时的等效电路
图2-10（b）SBD结电容的特性
图2-10（c）SBD的典型反向特性
肖特基势垒二极管（SBD）金属的差异
对于SBD而言，半导体由n型层组成，因此金属充当二极管的阳极。同样地，只有电子是载流子，SBD变成了类似MOSFET的单极元件。
硅的能级不同于金属（能隙）。该能级因金属元素而异。符号ΦB用于表示不同的能隙。Pt（铂）是一种具有大能隙的金属。V（钒）或Ti（钛）是具有小能隙的金属。采用ΦB大的金属，泄漏电流小，但是正向电压VF大。采用ΦB小的金属，则情况相反。
各种二极管的特性应用
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