收藏这篇就够了！二极管全家族图解：整流、LED、微波、真空管…
发布日期:2026-01-22
点击次数:1094
在电子设计领域中，我们对“二极管”(diode)这个名词早就习以为常，把它视为一个具备两个端子的组件，用来在各种电路中达成不同的功能。然而，若仔细思考，就会发现二极管这个类别之广、种类之多，实际上远超出多数人直觉的想象。
下面将以简要(但极度简化)的方式，概览不同类型的二极管及其应用。不同类型的二极管符号示意图，显示其在电路设计中扮演的多样功能，从基本整流到高频检波与光电转换。文中所附的电路符号只是常见示例，实际上不同文献中还存在其他符号变化，本文仅以这些图示作为代表。
整流二极管(功率/信号应用)
整流二极管(Rectifier Diode)是一种最基本的二极管，可让电流只在单一方向通过，并阻断反向电流。常见的小功率型号有1N4148，而在高功率应用中，可能会使用像1N4045这类额定275A、100V的整流二极管，常见于风力发电机的桥式整流器，甚至更大规格者亦有。
有趣的是，早期的整流组件甚至可能只是一小段铅笔芯接触生锈的剃须刀片，或是一根刚性的导线(被称为猫须)与方铅矿(galena)接触形成的点接触整流器，或者是像1N34A这样的低功率点接触式锗二极管。
肖特基二极管(热载流子二极管)
肖特基二极管(Schottky Diode)是以金属与半导体材料形成结而制成的。由于采用金属-半导体结构(可使用多种金属)，其优势在于正向压降比一般半导体结低，且几乎没有储存电荷，因此可实现极快速的关断时间(turn-off time)。这使其特别适合高频或高速开关应用。
阶跃恢复二极管
阶跃恢复二极管(Step Recovery Diode)是一种半导体结二极管，其内部储存有一定量的电荷，使其在反向导通期间能维持极短的导电时间。若在适当时间点控制，使反向导电恰好在输入RF正弦波的270°处因储存电荷耗尽而瞬间停止导通，即可产生极为陡峭的电流终止波形。这种极强的电流骤停特性，使得该器件成为倍频器应用中非常理想的谐波发生器。
PIN二极管(P型–本征–N型结构)
PIN二极管由P型半导体、本征层(未掺杂区域)及N型半导体三层构成。其内部储存了适量的电荷，允许反向导通一段时间。在足够高的频率(通常为1GHz以上)下，PIN二极管的动态阻抗可通过调整直流偏置电流来改变。这种可变阻抗特性可用于制造可编程信号衰减器。
光电二极管
光电二极管(Photo Diode)在受到光照时会产生电流或电压输出。根据结构与材料不同，有些型号甚至可检测紫外线(UV)或X射线。这类组件广泛应用于光传感、光通信与辐射测量等领域。
发光二极管
发光二极管(LED)在受到电流刺激时会发光。不同材料可对应不同波长的发光效果，包含红、黄、琥珀、绿、蓝或白光，也有红外线或紫外线LED。
举例而言，牙医常使用手持式紫外线LED光源来加速补牙的树脂材料的固化过程。笔者曾向牙医询问此技术，他表示早期是以紫外线灯照射固化，现今已改用高效率LED光源。
激光二极管
激光二极管(Laser Diode)采用PIN结构，利用内部的本征区作为受激发射区域，当在光学谐振腔内达到阈值电流时，该区域会产生受激辐射，形成激光输出。这类组件常见于激光笔、CD/DVD播放器、光纤通信模块等设备中。
齐纳二极管
齐纳二极管(Zener Diode)是一种在反向偏压下设计为低击穿阈值的特殊二极管。在反向偏压未达临界值前，通过的电流非常微弱；一旦电压达到击穿阈值，则会迅速导通产生显著电流。这种稳定的击穿阈值特性常被用于电压稳定与电源保护等应用。
瞬态吸收二极管
瞬态吸收二极管(TVS diode)在特性上与齐纳二极管相似，但能承受短时间的高功率击穿能量。其主要用途是保护电子电路免受瞬变电压或静电放电(ESD)的损害，广泛用于电源、通信接口及汽车电子保护电路中。
反向二极管
反向二极管(Back Diode)的反向击穿电压极低，甚至比一般二极管的正向压降还低，有时甚至比自身的正向压降还小。这项特性使其非常适合用于微小信号或低功率RF检波器中，用以检测低幅值RF信号。
变容二极管
变容二极管(Varactor Diode)是一种主要在反向偏压条件下工作的二极管。其特性是电容值会随反向偏压电压变化而反比改变——也就是说，当反向电压增加时，电容会减小。
这类组件常被应用于RF调谐电路中，尤其是在压控振荡器(VCO)的频率调整上，是最常见的用途之一。通过控制施加的直流偏压，即可精密地改变谐振频率，实现电子调谐功能。
隧道二极管
隧道二极管(Tunnel Diode，又称江崎二极管Esaki Diode)是一种电压与电流特性曲线呈不连续性的组件，具备“压控负阻”特性。此现象源自于量子隧穿效应(tunneling effect)，使其在特定区域内，电压上升反而导致电流下降。
隧道二极管于1957年由江崎玲于奈发明，当时被视为开启半导体技术新纪元的重要里程碑。Heathkit公司甚至曾推出一款以隧道二极管为核心的DIP振荡器，以取代早期的栅极DIP振荡器。
虽然如今隧道二极管已不再普遍使用，但仍在特定高速或微波应用中可见其踪迹。
耿氏二极管
耿氏二极管(Gunn diode)是一种单一材料半导体组件，没有PN结，却仍能展现负阻抗特性。这种特性可用于制作微波振荡器(microwave oscillator)。
由于它并没有传统意义上的PN结，有些人反对用“二极管”一词来描述这些器件。然而，耿氏二极管这个名称已成为业界惯用的术语，因此即使名称上略显不精确，也被广泛接受。
限流二极管
严格来说，限流二极管(Current Limiting Diode)不一定是真正的二极管，但与耿氏二极管一样，业界常以此名称称呼它。实际上，它是一个结型场效晶体管(JFET)，其中栅极(gate)与源极(source)相连。
在这种结构下，JFET的电压-电流特性曲线相当于在Vgs=0的情况下工作。当外加电压高到足以使JFET脱离饱和区(saturation region)时，组件会表现出恒定电流源的特性。
因此，限流二极管被广泛用于电流保护或定电流驱动应用。
真空二极管
没错，我们终于来到真空管时代了。真空二极管(Vacuum Diode)是一种热电子组件(thermionic device)，其行为与固态二极管相似——都只允许电流在单一方向通过。
典型的例子包括5Y3GT与35Z5GT等。如果这些型号对你来说陌生，不妨查阅一下，你会发现它们在早期收音机与电源整流器中极为常见。
汞蒸气二极管
汞蒸气二极管(Mercury Vapor Diode)与真空二极管密切相关，但其内部包含加热后的汞蒸气。在使用前，必须先让灯丝加热，使汞蒸发形成导电气体。一般需要约60秒的预热时间(依笔者印象)。
此外，该组件必须垂直安装使用，底部为基极引脚，顶部为阳极帽(plate cap)。当管内汞离子化时，会发出蓝色光芒。
典型的例子是866A整流管——若此型号你不熟悉，建议也可以搜寻看看。
氙气二极管
氙气二极管(Xenon Gas Diode)是一种同样依赖气体导电的二极管，不同的是其内部气体为氙气。由于氙气在室温下即为气态，因此不需预热即可使用。
当此二极管工作时，离子化的氙气会发出略带黄白色的光。典型的型号为3B28。如果你对这个零件编号不熟悉，也可以查阅，它在老式电源设备与通信系统中仍有历史地位。
磁控管
磁控管(Magnetron)实际上是一种进化版的真空二极管，专门用于产生微波信号。它是现代微波炉与雷达系统的核心组件之一。
冷阴极气体稳压管
严格说起来，冷阴极气体稳压管(Cold Cathode Gas Voltage Regulator)这类组件通常不被称为二极管，但依作者观点，它仍符合单向导通的特性。
该组件内部充满可离子化的气体，一旦气体被击穿(ionized)，阳极与冷阴极之间的电压会趋于稳定，功能上与齐纳二极管(Zener Diode)类似。
然而，它有一项值得注意的特性：气体被击穿的“起弧电压”(striking voltage)通常高于稳态导通电压，这会导致负阻抗特性。若在此组件并联电容，则可能产生弛豫振荡(relaxation oscillation)。
当管内气体导通时，会发出紫色光芒。典型型号为0A2 (注意首字为数字0，而非字母O)。若你没见过这组件，不妨搜寻其外观，会发现它在早期仪器电源中极具代表性。
我恰好手边就有一个这样的组件(如下图所示)：
Mogen二极管
最后这一个Mogen二极管其实是虚构的组件，由已故的电子设计名人Bob Pease所创造。
无需进一步讨论——它只是工程师之间的一个经典玩笑。
结语
从固态半导体、真空管到气体放电设备，二极管这个名词的范畴远比想象中宽广。每一种变体都反映了人类在电子组件发展史上对单向导通这一核心特性的不同探索方式。
声明：
本文来源于网络 ，转载仅为学习参考，如有问题请联系，谢谢。
深圳市正芯科技有限公司http://www.pluschiptech.com
发送邮件
客服咨询