贴片二极管又称晶体二极管，简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有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，具备单向电流的转导性。一般来讲，贴片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。
 
贴片发光二极管的特性
 
①发光原理是属於冷性发光，而非藉由加热或放电发光，所以 元件寿命比钨丝灯泡长约50~100倍，约十万小时。
 
②无需暖灯时间，点亮响应速度比一般电灯快(约3 ~ 400ns)。
 
③ 电光转换效率高，耗电量小，比灯泡省约1/3 ~ 1/20的能源消耗。
 
④耐震性佳、可靠度高、系统运转成本低。
 
⑤易小型、薄型、轻量化，无形状限制，容易制成各式应用。
 

  
 
 
贴片发光二极管注意事项
 
1. 清洁，不要使用不明化学液体清洗贴片LED：不明的化学液体可能会损坏贴片LED。当必要清洗时，把贴片LED沉浸在酒精里，在正常的室温下少于1 分钟并且自然干燥15 分钟，然后才开始使用。
 
2. 防潮湿，为避免产品在运输及储存中吸湿，贴片LED的包装是用防潮的铝包装袋包装，并且包装袋里面含有干燥剂及湿度卡，干燥剂主要起到控制包装袋里的湿度，湿度卡主要是起到监控包装袋里的湿度。
 
3. 储存包装袋密封后贮存在条件为温度<40℃。
 
贴片发光二极管优点
 
贴片LED是贴于线路板表面的，适合SMT加工，可回流焊，贴片式LED很好的解决了亮度、视角、平整度、可靠性、一致性等问题，相对于其他封装器件，它有着抗振能力强、焊点缺陷率低、高频特性好等优点，它在更小的面积上封装了更多的LED芯片，采用更轻的PCB和反射层材料，显示反射层需要填充的环氧树脂更少，通过去除较重的碳钢材料引脚，缩小尺寸，可轻易地将产品重量减轻一半，体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，采用贴片式封装后，电子产品体积缩小40%一60%，重量减轻了60%一80%，最终使应用更趋完美。
 

  
 
 
直插式LED的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在LED成型腔内注入液态环氧树脂，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱中让环氧树脂固化后，将LED从模腔中脱离出即成型。由于制造工艺相对简单、成本低，有着较高的市场占有率。
 
贴片发光二极管正负极判断方法
 
1、看标识
 
尺寸大的LED 在极片引脚附近做有一些标记，如切角、涂色、或引脚大小不一样，一般有标志的、引脚小的、短的 一边是阴极(即负极)，尺寸小的0805、0603封装的在底部有“T”字形 或 倒三角形符号“T”字一横的一边是正极； 三角形符号的“边”靠近的极性正，“角”靠近的是负极。
 

  
 
 
2、用万用表测量
 
通过万用表检测贴片发光二极管正负极时，一定要使用“R*10k”的档位来检测。检测时将两表笔与发光二极管的两条引线相连接。倘若表针偏转过半，同时发光二极管中有一发亮光点，表示贴片发光二极管是正向接入的。这时呢与黑表笔接的是正极，与红表笔相连接的是负极。再将两表笔对换与发光二极管相连接，(反向接入式)，表针则不动。不管是正向接入还是反向接入，表针不动或是偏转过到头，说明贴片发光二极管是损坏的呢。
 
不过对于初学者来讲根本不会如何使用万用表，这时呢其实有一点大家都是知道的功率大点的发光二极管都是分为正负极的。每一极都代表一端，其中一端有个多出来的引脚，细心观察会发现，这个引脚上有小孔。带小孔的一端则为正极，另一端则为负极呢。
 
3、观察管内电极
 
观察管子内部的电极，较小的是正极，大的类似于碗状的则是负极。
 
4、看缺角处
 
在led节能灯照明行业中会经常用到5050贴片LED，这种贴片发光二极管是正方形的，四个直角中有一个角带个小缺角，带小缺角的那端就是负极，另一端是正极。
 

  
 
 
5、看引脚
 
发光二极管的引脚一般正极比较长，负极的引脚比较短。

 
图文详解二极管原理
 
一. 概述
二. PN结
扩散运动和漂移运动
   
三. 导通和截止
 

 
一. 概述
 
小伙伴们，大家好！昨天和几个朋友一起吃饭，聊天过程中说到了二极管，旁边一妹子突然来了一句，二极管是啥，在做的几位顿时语噻，支支吾吾：灯泡？LED？发光管？反正傻傻说不清楚，其中还有一位是学电子的，说起二极管，大家都想起这个吧。
 
 发光二极管在我们生活中是比较常见的，比如说：商业的走字灯，交通灯，LED屏幕，LED灯泡等等。二极管是一种用锗或者硅半导体材料做成的，半导体材料导电性能在常温下介于导体和绝缘体之间，一百多年前就有这个东西了，是半导体器件家族中的元老了。
 发光二极管只是二极管其中之一，还有许多不同用途的二极管：整流二极管、稳压二极管、光电二极管、开关二极管等。整流二极管在我们生活中比较常见，都用在交流转直流的电路中：手机充电器，电脑充电器，电动车充电器等等。
 
二. PN结
 
上面说到的那些二极管它们都有一个共同的性能，单向导电性，就是说电流只能从二极管的阳极进去，负极出去，反过来就不行了。为什么呢？二极管中有个叫PN结的东西，就是它阻止了电流逆流。接下来小马哥就给小伙伴们讲讲PN 结。
 
 自然界中的物质，按照不同的导电性能分为了导体、半导体和绝缘体，半导体材料导电性能介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料有四价硅和锗（zhě）。什么是四价啊，就是最外层有四个电子。纯净的半导体又称为本征半导体，其导电能力较差，不能直接用来制造半导体器件，在本征半导体一边中用扩散工艺掺入三价元素（硼），另一边掺入五价元素（磷），就是把原来少量的硅原子或者锗原子替代了。
 
 三价元素（硼），最外层只有三个电子，然而硅和锗有外层有四个电子，少了一个怎么办呀？那就形成了空穴，这个就是P型半导体。于是，P型半导体就成为了含空穴浓度较高的半导体。
 
五价元素（磷）有五个电子，多一个怎么办？多出的一个电子几乎不受束缚，它就自由了，叫它自由电子，这个就是N型半导体。于是，N型半导体就成为了含电子浓度较高的半导体。
 
扩散运动和漂移运动
 
P型半导体和N型半导体结合后，P区内空穴和N区内自由电子多称为多子，P区内自由电子和N区内空穴几乎为零称为少子，在它们的交界处就出现了自由电子和空穴的浓度差。
 
 由于P区的空穴浓度比N区高，空穴就往N区扩散，而N区的自由电子浓度比P区高，自由电子往P区扩散，就像一滴墨水滴在清水中，墨水本身浓度高，就往周围扩散，这就是扩散运动，P区的空穴和N区的自由电子就可能相遇，然后复合。什么是复合啊，把空穴比作房子，房子里面要住人啊，这时候自由电子就比作人了，然后他们就结合成一体了。
 
P区和N区里面的杂质离子不能任意移动，为啥呀？因为杂质离子被周围的硅原子或者锗原子束缚了。在P和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，在这个区域内，多子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了。
 
P区和N区里面的杂质离子相互作用，N区杂质离子带正电荷，P区杂质离子带负电荷，在空间电荷区形成了内电场，扩散运动的进行使空间电荷区变宽，内电场也变强了。
 
 这个内电场一方面阻止了扩散运动的进行，扩散就不容易进行下去；另一方面使空穴（少子）从N区往P区漂移，自由电子从P区往N区漂移，这个漂移可不是汽车漂移，是受N区高电势，P区低电势的内电场影响产生漂移，叫做少子漂移。
 
慢慢的空间电荷区就稳定了。总结来说多子运动叫做扩散运动，少子运动就是漂移运动，当两种运动达到动态平衡就产生了PN结。在PN结加上相应的电级引线和管壳，就构成了半导体二极管。由P区引出的电极成为了正极，由N区引出的电极成为了负极。
 
三. 导通和截止
 
当PN结加正向导通电压就是把P区引脚加电源正极，N区引脚连接电源负极。电流方向由P区流向N区和PN 结内部的内电场相反，当电压大于内电场电压时，外部的电源抵消了其内电场。
 
内电场抵消了，有利于扩散运动的进行，空间电荷区慢慢变成了P区和N区，当空间电荷区越来越薄，直到最薄的时候这时候会形成一个扩散电流，这时候二极管也就导通了，这时候的电压称为导通电压。
 
 反之把P区引脚加电源负极，N区引脚连接电源正极，这时候电流流动的方向和内电场的方向相同，增强了内电场使得空间电荷区变宽，空穴会被拉向P区的方向，电子会被拉向N区的方向，从而阻止了扩散运动，形成了反向漏电流，由于电流非常小，这就是截止状态。
 
反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁，这时候的电压成为击穿电压，这时候二极管就没用了。
 
 二极管加正向偏置电压，死区OA区，由于正向电压比较小，二极管不导通，几乎没有电流，呈高阻状态，此时二极管两端的电压为死区电压，硅二极管为0.5V（锗管为0.1v），当正向电压高于一定的数值后，二极管中的电流随着电压的升高而增大，二极管导通，这时候的电压称为导通电压，也叫门槛电压。
 
硅管导通电压为0.6V（锗管为0.2v），导通时二极管两端的电压保持不变，硅管0.7V（锗管为0.3v），这时候称为正向压降。
 

 当电子与空穴复合时能辐射出可见光，PN结掺杂不同的化合物发出的光也不同，比如说镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等。然后加上引脚，用环氧树脂封装起来，通上正向电压发光二极管就这样发光了。
 
稳压二极管利用了二极管反向击穿的特性，稳压二极管都是串联在电路中，当稳压二极管被击穿，尽管电流在很大的范围内变化，而二极管两端的电压却基本上稳定在击穿电压上下。
 
 在接二极管还要注意正负极，一般看外观来说，长引脚为正极，短引脚为负极，有些二极管的表面会有图形符号用万用表也可以测，把万用表调到二极管档，红黑表笔分别接二极管的两端，若此时万用表的读数小于1，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极。若读数为“1”，则黑表笔一端为正极。
 

发光二极管工作电流分析
 

 1、发光二极管电路的设计原理：
 
发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：R＝（E－UF）／IF
 式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。
 
注意：在实际设计中，往往提高限流电阻值来降低工作电流方法延长使用寿命，经验值3-8mA。
 
2、特性分析：
 （1）亮度与电流不是线性关系，电流大到一定值时，亮度变化不大。只要电流超过了最大正向电流就会烧了。特殊的主要看资料，一般的电流选定在3-20mA。
 
（2）发光二极管是电流型器件，通常静态显示有10 mA就有足够亮度，极限值在50mA以下。36V串个2K左右的，48V串个3K左右的。
 （3）LED（发光二极管）的工作电压随制造材料不同也不同。
 
3、发光二极管的正负极判断：
 
（1）直插：两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。
 
（2）贴片：带有杠的是负极
 
4、工作参数：
 （1）正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。一般LED发光二极管的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。
 （2）正向工作电压VF：一般发光二极管参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.4～3V。在外界温度升高时，VF将下降。
R≈V/I，一般应用取I＝3～5mA，则R＝?。---经验值
 （3）常用参数：
 
普通发光二极管的正向饱和压降为１．６Ｖ～２．１Ｖ,正向工作电流为５～２０ｍＡ
 
超亮发光二极管有三种颜色，然而三种发光二极管的压降都不相同。其中红色的压降为2.0--2.2V，黄色的压降为1.8—2.0V，绿色的压降为3.0—3.2V。正常发光时的额定电流均为20mA。
 
5、与其它发光灯对比：
 与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。
 
补充：
 
红色和黄色的工作电压是2V的，其他颜色的工作电压都是3V，一般的发光二极管的工作电流是20毫安，如果接在5V的电源上，电源电压减二极管的工作电压就是分压电阻要分掉的电压，再用这个电压除以二极管工作的电流就能计算出这个电阻的阻值。比如说3伏的二极管（5-3）/0.02=100欧，2伏的二极管（5-2）/0.02=150欧，但是不是所有的发光二极管的工作电流都是20毫安，有的大一点有的小一点。
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感谢阅读本文，在接下来很长的一段时间里，我将陆续分享项目实战经验。从电源、单片机、晶体管、驱动电路、显示电路、有线通讯、无线通信、传感器、原理图设计、PCB设计、软件设计、上位机等，给新手综合学习的平台，给老司机交流的平台。所有文章来源于项目实战，属于原创。
 
一、常用二极管种类
 
常规设计中，用的比较多的二极管有普通二极管、肖特基二极管、稳压管与TVS管。此外，还有快恢复二极管、超快恢复二极管、发光二极管、红外二极管等，后续在其它文章中介绍。
 

  
 
 
二、普通二极管 特点:单向导通；
 
 优点:反向漏电流超低，反向击穿电压较高，价格便宜；
 
 缺点:正向压降较大；
 
 应用:以BAS316为例，正向压降为0.855V/10mA;反向漏电流为30nA/25V，反向击穿电压为85V。如下图:应用于DCDC降压芯片MP2451的外部自举二极管，在占空比超过80%时，提高转换器的效率。
 

  
 
 
三、肖特基二极管
 
特点:单向导通；
 
 优点:正向压降较低，反向恢复时间较快；
 
 缺点:反向漏电流较大，反向击穿电压较低
 
应用:以DSK14为例，正向压降0.1V至0.55V(电流越大，正向压降越大)，反向击穿电压40V，0.5mA/25℃(温度越高，漏电流越大)。如下图:应用于DCDC降压芯片MP2451的功率环路的续流二极管(要求压降小、开关速度快、反向击穿电压大于电源输入电压)。
 

  
 
 
四、稳压管
 
特点:反向击穿稳压；
 
 优点:体积小，价格便宜；
 
 缺点:带载能力弱，通常需要电阻限流；
 
应用:以LM3Z7V5T1G为例，稳压值为5.1V，最大功率200mW，说明负载动态电流不能超过40mA，不适合用于输入电压变化大或负载电流变化大的场合。如下图:作用于PMOS管GS端，可以防止Vgs电压超过最大值烧毁PMOS管。
 

  
 
 
五、TVS管
 
特点:TVS是瞬态二极管，一种高效能保护器件，在输入电压超过TVS管的击穿电压时，提供低阻抗回路，主要应用于浪涌保护、静电防护等；
 
分类:功率型，主要应用于电源输入端，功率较大，允许通过较大的瞬间电流；信号型，主要应用于接口部分，电压高但功率低，比如静电。此外，还分单向TVS与双向TVS，应用于需要合理选择。
 
注意事项:对于功率型TVS管，如果瞬时输入电压过高，导通时间过长，将导致TVS管烧毁。 针对瞬时输入电压过高问题，比如雷击，前面需要再增加些防护，比如防雷器件、气体放电管等；针对导通时间过长问题，加大TVS管的封装，延长TVS管的允许导通时间。
 
 如下图，应用于电源输入，抗浪涌:
 

  
 
 
六、小结
 
 二极管是电路中常用的电子元器件，种类较多，应用时需要合理的选择，既满足电路的功能，又满足产品质量的要求。
 
 二极管涉及的知识点很多，本文只是简要的介绍了下，仅仅起到抛砖引玉的作用，日后设计过程中，需要不断的总结经验，沟通交流，以达到真正的理解，灵活运用。
 
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 作者：刘杰，软硬件技术10年，全职提供技术开发与技术服务、生产支持等。