收藏這篇就夠了！二極管全家族圖解：整流、LED、微波、真空管…
發布日期:2026-01-22
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在電子設計領域中，我們對“二極管”(diode)這個名詞早就習以為常，把它視為一個具備兩個端子的組件，用來在各種電路中達成不同的功能。然而，若仔細思考，就會發現二極管這個類別之廣、種類之多，實際上遠超出多數人直覺的想象。
下面將以簡要(但極度簡化)的方式，概覽不同類型的二極管及其應用。不同類型的二極管符號示意圖，顯示其在電路設計中扮演的多樣功能，從基本整流到高頻檢波與光電轉換。文中所附的電路符號只是常見示例，實際上不同文獻中還存在其他符號變化，本文僅以這些圖示作為代表。
整流二極管(功率/信號應用)
整流二極管(Rectifier Diode)是一種最基本的二極管，可讓電流只在單一方向通過，并阻斷反向電流。常見的小功率型號有1N4148，而在高功率應用中，可能會使用像1N4045這類額定275A、100V的整流二極管，常見于風力發電機的橋式整流器，甚至更大規格者亦有。
有趣的是，早期的整流組件甚至可能只是一小段鉛筆芯接觸生銹的剃須刀片，或是一根剛性的導線(被稱為貓須)與方鉛礦(galena)接觸形成的點接觸整流器，或者是像1N34A這樣的低功率點接觸式鍺二極管。
肖特基二極管(熱載流子二極管)
肖特基二極管(Schottky Diode)是以金屬與半導體材料形成結而制成的。由于采用金屬-半導體結構(可使用多種金屬)，其優勢在于正向壓降比一般半導體結低，且幾乎沒有儲存電荷，因此可實現極快速的關斷時間(turn-off time)。這使其特別適合高頻或高速開關應用。
階躍恢復二極管
階躍恢復二極管(Step Recovery Diode)是一種半導體結二極管，其內部儲存有一定量的電荷，使其在反向導通期間能維持極短的導電時間。若在適當時間點控制，使反向導電恰好在輸入RF正弦波的270°處因儲存電荷耗盡而瞬間停止導通，即可產生極為陡峭的電流終止波形。這種極強的電流驟停特性，使得該器件成為倍頻器應用中非常理想的諧波發生器。
PIN二極管(P型–本征–N型結構)
PIN二極管由P型半導體、本征層(未摻雜區域)及N型半導體三層構成。其內部儲存了適量的電荷，允許反向導通一段時間。在足夠高的頻率(通常為1GHz以上)下，PIN二極管的動態阻抗可通過調整直流偏置電流來改變。這種可變阻抗特性可用于制造可編程信號衰減器。
光電二極管
光電二極管(Photo Diode)在受到光照時會產生電流或電壓輸出。根據結構與材料不同，有些型號甚至可檢測紫外線(UV)或X射線。這類組件廣泛應用于光傳感、光通信與輻射測量等領域。
發光二極管
發光二極管(LED)在受到電流刺激時會發光。不同材料可對應不同波長的發光效果，包含紅、黃、琥珀、綠、藍或白光，也有紅外線或紫外線LED。
舉例而言，牙醫常使用手持式紫外線LED光源來加速補牙的樹脂材料的固化過程。筆者曾向牙醫詢問此技術，他表示早期是以紫外線燈照射固化，現今已改用高效率LED光源。
激光二極管
激光二極管(Laser Diode)采用PIN結構，利用內部的本征區作為受激發射區域，當在光學諧振腔內達到閾值電流時，該區域會產生受激輻射，形成激光輸出。這類組件常見于激光筆、CD/DVD播放器、光纖通信模塊等設備中。
齊納二極管
齊納二極管(Zener Diode)是一種在反向偏壓下設計為低擊穿閾值的特殊二極管。在反向偏壓未達臨界值前，通過的電流非常微弱；一旦電壓達到擊穿閾值，則會迅速導通產生顯著電流。這種穩定的擊穿閾值特性常被用于電壓穩定與電源保護等應用。
瞬態吸收二極管
瞬態吸收二極管(TVS diode)在特性上與齊納二極管相似，但能承受短時間的高功率擊穿能量。其主要用途是保護電子電路免受瞬變電壓或靜電放電(ESD)的損害，廣泛用于電源、通信接口及汽車電子保護電路中。
反向二極管
反向二極管(Back Diode)的反向擊穿電壓極低，甚至比一般二極管的正向壓降還低，有時甚至比自身的正向壓降還小。這項特性使其非常適合用于微小信號或低功率RF檢波器中，用以檢測低幅值RF信號。
變容二極管
變容二極管(Varactor Diode)是一種主要在反向偏壓條件下工作的二極管。其特性是電容值會隨反向偏壓電壓變化而反比改變——也就是說，當反向電壓增加時，電容會減小。
這類組件常被應用于RF調諧電路中，尤其是在壓控振蕩器(VCO)的頻率調整上，是最常見的用途之一。通過控制施加的直流偏壓，即可精密地改變諧振頻率，實現電子調諧功能。
隧道二極管
隧道二極管(Tunnel Diode，又稱江崎二極管Esaki Diode)是一種電壓與電流特性曲線呈不連續性的組件，具備“壓控負阻”特性。此現象源自于量子隧穿效應(tunneling effect)，使其在特定區域內，電壓上升反而導致電流下降。
隧道二極管于1957年由江崎玲于奈發明，當時被視為開啟半導體技術新紀元的重要里程碑。Heathkit公司甚至曾推出一款以隧道二極管為核心的DIP振蕩器，以取代早期的柵極DIP振蕩器。
雖然如今隧道二極管已不再普遍使用，但仍在特定高速或微波應用中可見其蹤跡。
耿氏二極管
耿氏二極管(Gunn diode)是一種單一材料半導體組件，沒有PN結，卻仍能展現負阻抗特性。這種特性可用于制作微波振蕩器(microwave oscillator)。
由于它并沒有傳統意義上的PN結，有些人反對用“二極管”一詞來描述這些器件。然而，耿氏二極管這個名稱已成為業界慣用的術語，因此即使名稱上略顯不精確，也被廣泛接受。
限流二極管
嚴格來說，限流二極管(Current Limiting Diode)不一定是真正的二極管，但與耿氏二極管一樣，業界常以此名稱稱呼它。實際上，它是一個結型場效晶體管(JFET)，其中柵極(gate)與源極(source)相連。
在這種結構下，JFET的電壓-電流特性曲線相當于在Vgs=0的情況下工作。當外加電壓高到足以使JFET脫離飽和區(saturation region)時，組件會表現出恒定電流源的特性。
因此，限流二極管被廣泛用于電流保護或定電流驅動應用。
真空二極管
沒錯，我們終于來到真空管時代了。真空二極管(Vacuum Diode)是一種熱電子組件(thermionic device)，其行為與固態二極管相似——都只允許電流在單一方向通過。
典型的例子包括5Y3GT與35Z5GT等。如果這些型號對你來說陌生，不妨查閱一下，你會發現它們在早期收音機與電源整流器中極為常見。
汞蒸氣二極管
汞蒸氣二極管(Mercury Vapor Diode)與真空二極管密切相關，但其內部包含加熱后的汞蒸氣。在使用前，必須先讓燈絲加熱，使汞蒸發形成導電氣體。一般需要約60秒的預熱時間(依筆者印象)。
此外，該組件必須垂直安裝使用，底部為基極引腳，頂部為陽極帽(plate cap)。當管內汞離子化時，會發出藍色光芒。
典型的例子是866A整流管——若此型號你不熟悉，建議也可以搜尋看看。
氙氣二極管
氙氣二極管(Xenon Gas Diode)是一種同樣依賴氣體導電的二極管，不同的是其內部氣體為氙氣。由于氙氣在室溫下即為氣態，因此不需預熱即可使用。
當此二極管工作時，離子化的氙氣會發出略帶黃白色的光。典型的型號為3B28。如果你對這個零件編號不熟悉，也可以查閱，它在老式電源設備與通信系統中仍有歷史地位。
磁控管
磁控管(Magnetron)實際上是一種進化版的真空二極管，專門用于產生微波信號。它是現代微波爐與雷達系統的核心組件之一。
冷陰極氣體穩壓管
嚴格說起來，冷陰極氣體穩壓管(Cold Cathode Gas Voltage Regulator)這類組件通常不被稱為二極管，但依作者觀點，它仍符合單向導通的特性。
該組件內部充滿可離子化的氣體，一旦氣體被擊穿(ionized)，陽極與冷陰極之間的電壓會趨于穩定，功能上與齊納二極管(Zener Diode)類似。
然而，它有一項值得注意的特性：氣體被擊穿的“起弧電壓”(striking voltage)通常高于穩態導通電壓，這會導致負阻抗特性。若在此組件并聯電容，則可能產生弛豫振蕩(relaxation oscillation)。
當管內氣體導通時，會發出紫色光芒。典型型號為0A2 (注意首字為數字0，而非字母O)。若你沒見過這組件，不妨搜尋其外觀，會發現它在早期儀器電源中極具代表性。
我恰好手邊就有一個這樣的組件(如下圖所示)：
Mogen二極管
最后這一個Mogen二極管其實是虛構的組件，由已故的電子設計名人Bob Pease所創造。
無需進一步討論——它只是工程師之間的一個經典玩笑。
結語
從固態半導體、真空管到氣體放電設備，二極管這個名詞的范疇遠比想象中寬廣。每一種變體都反映了人類在電子組件發展史上對單向導通這一核心特性的不同探索方式。
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