二极管是什么#

材料分三类：绝缘体、导体、半导体。半导体介于两者之间——通了电不一定有电流，只有满足某些条件才有电流。

掺杂 P 型材料得到 P 型半导体，掺杂 N 型材料得到 N 型半导体，P 型与 N 型结合就是 PN 结。PN 结就叫二极管（最简单的晶体管）。

外壳只是 PN 结的「衣服」，真正的二极管封装在里面。用火机烧掉外壳、刷掉灰，能看到一个发金属光泽的小东西，那才是真实二极管形状。

外壳上灰色色环（色条）一端是负极，另一端是正极。

普通二极管只能从正极流向负极（单向导通）。 稳压二极管工作在击穿区，击穿时电流方向相反（后面讲）。

导通压降不是恒定值#

硅管 0.5 ~ 0.7V，锗管约 0.3V（现在较少用），肖特基更低。

实测（1N4007）：电源接入后电流 5mA，压降显示 0.67V，万用表测得 0.69V。电流从 5 → 6 → 7 → 8 → 9mA 逐渐调高，压降越来越高。不能因为规格书写 0.6V 就认为恒为 0.6V。 原因是二极管不是纯二极管模型，内部有寄生电阻（ESR），电流越大压降越大。

实测（肖特基）：同样 5mA 电流下压降只有 0.24V，电流增大压降依旧变大。

反接实验：把电源反过来接，二极管不导通，电源设 5V 时万用表测得 4.99V（相当于断开）。

只要导通，两端就约等于导通压降。

不能直接用电压源并联二极管#

二极管两端不能直接接大于其导通压降的电压。实验中能直接并联，是因为把直流稳压电源的输出电流限流到只有 5mA。

从特性曲线看（横轴 VD、纵轴 Id）：

1
VD < 0.6V      →  Id = 0
2
VD 到 0.6V     → 开始有电流
3
VD 再上升一点点 → Id 变化非常大（非线性）

所以 0.6V 压降的二极管直接接 1V，电流可能直接到几百毫安。

从寄生电阻看（简单粗暴）：

1
设导通压降恒定 0.6V，电源 1V
2
→ 剩下 0.4V 全加在寄生电阻（二极管 ESR + 走线电阻）上
3
→ 若总寄生电阻只有 0.1Ω：0.4V / 0.1Ω = 4A

实测（1N4007，电源限流调到最大 5.2A）：

1
0.7V              →  约 2mA
2
0.8V（只升 0.1V）  →  直接跳到 50mA
3
再升 0.1V          →  0.3A
4
再提高             →  1A 多
5
1V                →  1.4A，实测温度 167℃

不能直接用电压源与二极管并联，否则要么二极管烧了，要么电源不正常。 二极管尽量工作在 10mA 左右；大功率封装可持续电流很大且不发热。

三个电路对比#

电源均为 5V，二极管压降按 0.7V 算。

1
二极管正向串联（上二极管下电阻）：导通 → 5 − 0.7             → 4.3V（实测 4.35V）
2
二极管反接：不导通 → I = 0 → VR = I×R = 0                   → 0V（与 R 大小无关）
3
二极管与电阻调换位置（仍反接）：不导通 → I = 0 → 电阻压降 0  → 5 − 0 = 5V

第三种容易分析不出来，套 VR = I×R 就行。

换成肖特基 1N5819（压降 0.3V）：该点电压 = 5 − 0.3 = 4.7V，实测 4.78V。

漏电特性#

二极管反向截止 ≠ 完全关断，仍会有微弱漏电流。推广到所有半导体材料都一样——只要器件上有耐压，即使处于不工作/不导通状态，依旧有漏电流，只是大小不同。

肖特基的取舍：普通二极管导通压降 0.7V、反向漏电小、开关速度慢、耐压高；肖特基导通压降 0.3V、反向漏电大、开关速度快、耐压低。

所以「导通压降只有 0.3V」不代表肖特基在所有场景都好用：对漏电流要求高的场景，肖特基不适用。

实测：1N5819（肖特基）反接、5V、电阻 2kΩ，

1
电阻上压降 = 3mV
2
漏电流 = 3mV / 2kΩ = 1.5µA

对人来说很小，但对静态工作电路或负载非常精确的场合，这个漏电流不能忽略。

1N4007（普通）：同样条件下测不到电压（0），继续把电压提高到 40 多伏，依旧没有可测漏电流。1N4007 反向耐压可达 1000V，1N5819 耐压约 50V。

做项目时某些场景要求漏电流很小，若只看「导通压降低」就选肖特基，可能把能量全漏掉。

半波整流#

利用单向导通特性，把交流电变成直流电。

电路：交流输入 + 二极管 + 电阻 + 电容（先忽略后级负载）。电阻作用是限制电容充电速度（为实验方便）。

工作过程：

1
① 初始电容两端压降 = 0
2
② 输入信号接进来就给后级充电，因有限流电阻，电容电压慢慢上升
3
③ 二极管压降的存在：输入到 0.7V 时电容才开始充；
4
   当电容电压与输入电压相差小于 0.7V 时停止充电
5
④ 输入继续下降到不满足导通压降条件 → 不再给电容充电
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⑤ 后面没有负载 → 电容不充不放 → 电容电压保持不变
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⑥ 下一个周期输入重新升到比电容电压高 0.7V 时继续充电，逐周期抬高
8
⑦ 最终充到「输入最大值 − 0.7V」时停止，之后保持一个纯直流电压

只有加负载才会往下掉。

二极管 + 电容就能把交流整流成直流。 也叫峰值检波功能：

1
电容峰值电压 ≈ Vin_max − 0.7V（二极管压降）

实物演示波形：第二个周期起台阶式上升（充一下 → 保持 → 再充），最后输出峰值比交流峰值小一点点，之后是一条直线。

全波整流#

在半波基础上多加了几个二极管，构成电桥（4 个二极管）。分析方法是先忽略电容，把电容当电阻看，分析负载电阻两端电压与输入波形。

正半周（上正下负）：电流从上端出发，经过其中两个二极管，流过负载，回到电源负极。回到电源处有两个分支——负载过来的那一点电压 V1 已经比另一点 V2 小（后级有压降），所以另一支路的二极管不可能导通，电流只能走回负极。输出波形跟随输入上升/下降，但比输入小两个二极管的压降，即从 1.4V 处才开始上升。

负半周（下正上负）：电流方向反过来，走另两个二极管，同样从负载上端下来，负载上依旧是正电压，最大值同样比输入小 1.4V。

经过电桥后，负半周被「折过去」，正半波和负半波都用到了，所以叫全波整流。

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输出永远比输入小 1.4V（两个二极管压降）

加电容后，电容储能，波形变成「冲到最高 → 慢慢放电 → 又冲上去 → 又慢慢放电」的锯齿状。

半波 vs 全波#

全波效率高，代价是多两个二极管和 1.4V 的压降。低压整流（比如 5V 系统）用桥式会损失 1.4V，这时候更常用肖特基桥（每个 0.3V，共 0.6V）或者同步整流。

坑#

• 导通压降不是恒定值，电流越大压降越高，因为有 ESR。
• 不能把二极管直接并到电压源上，会瞬间烧毁（1V 时就能到 1.4A、167℃）。
• 反向截止有漏电流，肖特基的漏电明显比普通二极管大，别只看导通压降选型，耐压也要看。
• 全波整流损失 1.4V，低压系统要注意。
• 整流后的直流靠电容维持，没负载时电容不放电，加了负载才有纹波。