二极管概述

Alan_Yang · 2023 年4 月 12 日 06:21

“二极管”一词适用于大量功能各异的双端器件。就其本身而言，它通常指的是一种用作整流器的器件，没有什么其他含义，尽管添加限定词可以指整流器二极管的某些特定子集，或用于完全不同功能的器件，如电压箝位或调节、温度测量、光检测、光发射、频率控制、噪声产生或其他功能。或这些其他功能的专门子集。有很多东西需要跟踪，本节的目的是提供二极管概况和更详细地提供信息的资源的方向。

常见的二极管特性和资质

反向电压

二极管的反向电压额定值，也称为关断状态电压，表征了在反向偏置方向上可以施加到器件上而不引起击穿的最大电压-反向电流的快速增加，导致器件中的显著功耗，导致快速温升，如果反向电流不受外部限制，通常会破坏二极管。反向击穿条件下的电流在器件有效区域物理范围内集中或分布的程度因器件类型和构造方法而异，因此不同的器件在击穿模式下显示不同程度的稳健性; 一些二极管是专门为在这种操作模式下使用而设计的。

制造商的额定值适用的条件和资质可能有很大差异。一种器件的额定值可能旨在传达预期操作条件下的安全操作极限，例如，在较高的器件温度下，并允许到预期故障点的安全余量，而另一种器件的额定值可能反映理想条件下的最大性能值，期望用户根据其特定条件适当降低报价值。

正向电流

二极管在正向偏置模式下的电流承载能力并非没有限制，并且存在几种描述该限制的方法。比较常见的一种是平均整流电流额定值，顾名思义，它指的是通过器件的最大允许时间平均电流量。这是一种来自热方面考虑的限制，因此报价值将伴随着与热相关的条件和条件，这些条件和条件的重要性并不低于额定值本身，并且在大多数情况下，这种额定值描述了一种已经实现热平衡的稳态运行模式。

描述正向电流限制的另一种方法是峰值，它描述了短时间内允许的最大正向电流值。附加在这类特征上的限定条件通常包括波形和/或持续时间，以及该额定值是否适用于重复条件(例如，交流波形的每半个周期一次)或一次性事件。这通常也是热衍生的限制，但它描述了在快速变化条件下的器件行为，其中热传递到周围环境是可以忽略不计的，因为所涉及的时间框架很短——这是对平均整流电流额定值所描述的热平衡条件限制的补充。

正向电压

二极管不是无损器件;当正向偏置方向携带电流时，会出现一些压降，这被称为器件的正向电压，缩写为Vf。给定器件的观测值将随着器件温度和进行测量时应用的正向电流(If)的量而显著变化。在接近器件的额定最大值之前，Vf是一个相当好的近似值，它与If的对数线性相关，并根据一些大致恒定的系数随温度变化。

对于给定的器件额定值和正向电流，不同类型的二极管将表现出不同的正向电压。从导通损失的角度来看，尽量减少Vf是可取的，尽管在实际器件中，改进Vf特性往往以恶化漏电流和其他特性为代价。

漏电流

在一定的反向偏置下流过二极管的电流不足以引起反向击穿，称为漏电流。给定器件的漏电流通常会随着温度和施加的反向偏置电压的量而增加，并且根据器件类型的不同而有几个数量级的变化，通常是作为与正向电压的工程权衡。

器件中由漏电流引起的功率损耗可能不是微不足道的，特别是对于具有相对高反向电压额定值的高漏电流类型。这样的器件很容易出现热失控的情况，其中漏电流导致器件升温，引起进一步的漏电流，更多的加热，更多的漏电流等，直到有东西破裂。作为一个粗略的经验法则，当温度每升高10°C，漏电流就会增加一倍。如果为25°C的器件温度提供漏电流特性(这是常见的)，当器件温度接近其额定最大温度时，应该准备好观测值大约高出1000倍。

电容

当反向偏压时，二极管两端的区域就像电容的电极一样。由于pn结的厚度在物理上相当小，因此产生的电容量可以是显著的，并且由于其有效厚度随施加的反向电压的量而变化，因此电容也依赖于电压。这种现象通常被利用来制造可变电容，并经常用于RF应用，但在其他用例中，它只是另一个隐藏的寄生元件，很容易被忽视，直到它引起问题。

恢复

在不同程度上基于他们的结构，二极管表现出一个实质性的反向恢复现象，其中从正向偏压过渡到反向偏压状态的过程涉及一个短暂的电流通过器件的反向方向，在显著高于稳态漏电流的水平。受影响的器件通常根据该恢复周期的时间持续时间进行分类或描述，例如“快速恢复”或“超快速恢复”，并进一步根据恢复过程中通过器件的电流波形的特征形状进行分类或描述，例如“软恢复”。

由于各种原因，二极管的恢复特性非常重要。在最基本的层面上，它限制了给定器件可以有效整流的最大信号频率，并影响整流过程的效率。更微妙的是，二极管的恢复特性可以强烈地影响电路中所经历的峰值电压应力，以及开关过程产生的噪声量。

这些后一种影响的发生，是因为反向电流过二极管导致能量存储在连接的电感中，无论是出于某种原因而存在的电感，还是作为物理不可避免的结果而存在的寄生电感。因为反向恢复电流向一个“错误”的方向，因此存储的能量通常注定会浪费在不希望发生的事情上，比如增加器件应力或不希望的噪声排放。更长的恢复周期会导致更多这种不必要的能量存储，而突然结束的恢复会比逐渐结束的恢复导致更大的组件应力和噪声产生。

右图显示了+/- 2v脉冲与51欧姆电阻串联施加到1N4002T二极管上的电压(黄色)和电流(蓝色)波形，并说明了恢复过程。恢复过程中的反向电流动持续时间几乎为三分之一微秒，峰值幅值大约是一直流动的正向电流的两倍。

对于与二极管基本原理的更多信息，请参阅：

二极管 - 整流器
二极管正向电压的重要性

整流二极管

二极管的经典和最常见的用途是整流;电气上相当于单向阀。虽然术语“二极管”和“整流器”经常互换使用，但通常也会将术语“整流器”用于设计处理大电流量的器件，而术语“二极管”用于设计用于小电流、小信号应用的器件。

标准二极管

基于简单P-N结的整流二极管称为标准二极管。作为少数载流子器件，它们具有大量的反向恢复行为，其正向电压特性是常见整流类型中最高的。在积极的一面，标准二极管往往具有明显较低的漏电流和结电容比其他整流类型，并可与反向电压额定值很好地进入kV范围，而许多其他类型的限制到几百伏特最多。这种属性的组合使得标准二极管随着应用电压的增加而更加有利，减少了高Vf的意义，放大了低漏电流的好处。

许多标准二极管被描述为“玻璃钝化”。这是指用密封玻璃密封来保护P-N结边缘的过程，这有助于提高器件行为的稳定性和一致性，如漏电流、反向恢复和反向电压容限。

肖特基二极管

肖特基二极管是一种整流二极管，它不同于标准类型，因为它是使用金属-半导体结而不是不同掺杂的半导体区域的结来构造的。这种差异的实际影响是肖特基二极管通常具有较低的正向电压特性和接近于零的恢复时间

与标准二极管相比，以及随之而来的漏电流较高、电气稳稳性和长期可靠性较低、可用器件的最大工作电压上限较低等缺点。缓解这些漏洞的一种常用技术被称为“保护环”，在肖特基器件的并联上创建寄生P-N结二极管。如果激进的正向驱动电流条件导致该结变得正向偏置，它将表现出与任何其他标准二极管一样的反向恢复行为，并降低整个器件的恢复性能。

在撰写本文时，典型的硅基肖特基二极管主要用于100v或更低的应用电压。更高额定的器件是可用的，棒可能会随着技术的发展而移动，但肖特基器件的低vf /高漏电流特性使它们随着应用电压的增加而不那么有利。

最后，肖特基二极管不应与发音相似但现在已经过时的肖克利二极管混淆，肖特基二极管是一种早期用作电压控制开关的器件。

有关肖特基二极管的更多信息

FERD®(场效应整流二极管)

不要与FRED(快速恢复外延二极管，一种设计用于短恢复时间的标准二极管)混淆。FERD®二极管是STMicroelectronics的专利产品，作为类似评级的肖特基二极管的改进，提供更低的正向电压，具有相当的漏电流和类似的零恢复关断行为。值得注意的是，FERD的Vf vs. If特性往往比肖特基器件的典型特征上升得更快，其结果是，在低到中等正向电流时，FERD可能会比可比肖特基器件表现出更低的Vf，但当正向电流接近器件的额定最大值时，情况可能会逆转。

超级势垒SBR® 二极管

另一种专有名称(这一个来自Diodes公司) 超级势垒SBR®二极管也作为肖特基二极管技术的改进而上市，具有与上述讨论的FERD®二极管相似的特性，并比它们早了几年。一些值得注意的人似乎在他们任职于各自的制造商期间参与了这两种二极管的开发，这两种二极管可以被认为是功能相似的家族，旨在改进肖特基二极管的正向传导损失特性，同时存在高漏电流和有限的反向电压能力的缺点。

碳化硅（SiC）二极管

碳化硅(SiC)是一种类似于硅的半导体基材，也是一种被称为宽带隙半导体的新兴材料之一，相对于类似的硅基器件，它提供了更高的性能潜力，主要是在SiC的情况下允许更高的工作电压和温度。在撰写本文时，大多数可用的SiC整流器件都基于肖特基金属半导体设计概念，并具有600V或更高的反向额定电压。导致这一趋势的一个可能因素是SiC肖特基器件相对于标准类型的正向电压特征较高(约50~100%)，随着应用电压的增加，正向电压比例变得不那么显著。

上图:在撰写本文时，Digi-Key提供的整流二极管的额定正向电流与反向电压图。

上图:标称20A, 100V额定值的不同整流二极管类型采样的瞬时正向电压与电流图。每种类型的漏电流特性在图表图例中表示。

工作在击穿区的二极管

整流二极管通常是为整流而优化的，而不是设计为容忍反向电压应力高到足以导致二极管结击穿并开始在反向方向上进行超出正常漏电流的导电，无论是在瞬态还是连续的基础上。整流只是二极管被教导的几个技巧之一，然而，存在一些二极管家族，它们被明确设计为在反向击穿模式下耐受操作。

雪崩二极管

在Digi-Speak和其他几种方言中，术语“雪崩二极管”(或“可控雪崩二极管”)指的是一个标准的P-N结整流二极管，设计用于在有限的基础上容忍被推入反向击穿，高于和超过其他整流器件的预期容忍。作为雪崩二极管出售的器件中的反向电压额定值与作为齐纳二极管出售的器件相比相对较高，从约50V到几kV不等，而作为齐纳二极管出售的可用器件最多可达几百伏。

值得注意的是，雪崩现象可能相当嘈杂，以至于在其他方言中，“雪崩二极管”被理解为用作噪声源的器件，而不是用于整流的器件。的确，存在针对这两种情况进行优化的器件。在撰写本文时，那些从Digi-Key提供的器件是面向整流使用的，它们被列在其他整流二极管类型中，并具有这样的特征。一个值得注意的例外是，雪崩二极管可能带有雪崩模式能量额定值，该额定值表征了器件可以安全吸收的反向击穿能量的量。对于非雪崩型，这个极限通常没有特征，被假定为零。

上图:节选自雪崩二极管数据手册，标黄部分显示的是最大雪崩能量参数。

齐纳二极管

齐纳二极管是P-N结器件的一个家族，能够整流，但它被设计成在相对精确的电压下进入反向击穿，并且只要器件温度保持在可接受的范围内，就可以无限期地容忍这种操作。这种特性导致了它们在参考电压和调节应用中的频繁使用。

从术语的角度来看，这有点令人困惑，但在半导体二极管中负责反向传导的被称为齐纳击穿和雪崩击穿的物理现象，都在作为齐纳二极管出售的器件中起作用，不同程度地取决于器件的击穿电压。齐纳击穿在齐纳额定电压低于约5 ~ 7伏的器件中占主导地位，而高于这一点的雪崩击穿则很突出，在过渡点附近会发生一些混搭动作。这一区别可以从齐纳数据手册中涵盖一系列反向电压额定值的反向电流与电压曲线中看到;低压器件具有相当渐变的曲率和平缓的斜率，而高压器件具有相对尖锐的“膝盖”和更激进的斜率。

齐纳二极管的属性

齐纳电压

器件的标称齐纳电压表征了当指定值的测试电流以相反方向通过器件时出现的电压。它通常是在脉冲条件下测量的，在室温下测试器件。因为它是一个对温度敏感的特性，并且由于电流通过它，器件中会消耗大量的功率，因此实际观测值很可能与标称值不同。齐纳电压的变化可能与温度有正相关或负相关，这取决于齐纳击穿还是雪崩击穿占主导地位;击穿电压在过渡区(5.1v左右)的器件，在给定产品系列的同类器件中，往往表现出最低的温度漂移特性。观测值也会随着实际存在的反向电流量而变化，这既是热效应的结果，也是由于给定器件的反向电压/电流特性的斜率。当标称齐纳电压下降到约7伏以下时，这种变化往往变得更加明显。

上图:BZT52C系列齐纳二极管的齐纳电流电压图，显示了具有不同标称齐纳电压值的器件的特性。注意曲线形状的变化发生在4~7v区域。

容差

通常与齐纳二极管一起引用的公差数字表征了由于材料和制造的可变性而在器件之间的齐纳电压的可变性。它仅在规定的测试条件下测量和适用;不同的条件可能会导致观测值超出指示范围。

右侧显示了如何通过器件数据手册进行通信的示例;温度条件由笼统的25°C环境温度和指示基于脉冲的测试的说明提出，这意味着器件的模具温度也接近25°C。测试电流条件由VZ值的列标题显示，这表明所示的数字适用于相邻的IZT值。虽然本例本身不涉及“公差”，但最小值和最大值与标称值的偏差可以转换为百分比，并且通常出于交易目的这样进行交流。

最大功率

齐纳二极管所引用的最大功率数字表征了在指定的测试条件下，器件中可以连续耗散的最大功率。这是一个热衍生的额定值，通常认为是在指定的安装和环境温度条件下，导致器件的模具温度达到所列允许的最大功耗。由于最高温度操作往往对器件造成很大压力，而实际应用条件往往不如用于推导列出的额定功率的条件有利，因此实际中的最大安全功耗水平可能显著低于列出的值。

右图显示了如何在数据手册中传达这一点的示例;实际上显示了两个最大功率数字，一个用于器件的引线温度保持在75°C的场景，一个用于环境温度保持在25°C的场景，并且器件按照文档中其他地方单独说明的方式安装。

齐纳阻抗

齐纳阻抗图描述了器件在反向击穿区域工作时齐纳电压和电流之间的关系;齐纳电流的增加会产生齐纳电压的增加，两者之间的比例系数被称为齐纳阻抗，符合欧姆定律。制造商通常会提供齐纳阻抗在两种测试电流条件下的表征;一种是齐纳电压指定的同一标称测试电流值，另一种是在器件工作曲线的“膝盖”附近的较小电流。

右边显示了如何在数据手册中表示此信息的示例。这些信息通常以表格和图形形式表示，齐纳阻抗等于器件工作曲线的斜率，在对应于所讨论的测试电流的点上。

反向漏电流

齐纳二极管的反向漏电流的概念与二极管的一般情况没有太大的不同，尽管它的相关性可能不会立即明显，因为齐纳二极管通常用于反向击穿模式，预计它们会大量“漏电流”。然而，在箝位或检测类型的应用中，当施加的反向电压不超过齐纳电压时，通常希望它们导电尽可能小的电流。

只要测量的漏电流将从零(在零反向电压下)增加到齐纳电压下的测试电流值，适用于列出的漏电流值的反向电压条件几乎与电流测量本身一样有意义;一个齐纳管在额定齐纳电压的30%漏电流一微安，比在80% Vz漏电流同一微安的齐纳管更“漏”。

有关雪崩二极管和齐纳二极管的进一步信息，请参阅：

瞬态电压抑制(TVS)二极管

作为TVS二极管销售的器件被设计用于保护免受瞬时过电压事件的影响，因此适应并以其在相对高反向电流的短时间内的操作为特点。它们有几种不同的类型:

齐纳/雪崩型器件(举例)，其功能是电压钳，并直接耗散过电压事件中包含的能量。
整流器类型或“转向”器件(举例)，用于将受保护器件或电路周围的过电压事件诱导的电流分流到与受保护电路相关的电源网络中。这种器件实际上并不打算在反向击穿模式下运行，但由于它们具有脉冲操作的特点，并用于追求与齐纳和复合TVS器件相同的最终目标，因此它们最终与它们一起分组。TVS二极管属性属于反向击穿模式的操作不直接适用于这类器件，然而，它们可以基于前偏操作以类似的方式进行描述。
复合/混合型器件(举例)通常包含一组转向型器件，允许单个集成齐纳型器件为几个独立的电路提供保护，但也发现有各种微妙的不同架构，在各种情况下赋予一些便利或功效的好处。

上图(L-R):双向齐纳型TVS二极管、转向型TVS二极管阵列和多通道混合型阵列的数据手册(左侧链接)。

TVS二极管的属性

方向性

TVS二极管器件可以被表征为单向或双向，这取决于它们的击穿电压是否分别与应用的极性不对称或对称。

虽然在单通道、只有两个终端的独立器件的背景下足够简单，但在多通道、混合型器件或具有多种配置可能性的器件的背景下，这个概念很快就变得模糊了，因为确定应用电压的极性的参考点在这些情况下可以进行解释。

此外，很少有器件同时具有双向和单向的特征。因此，建议避免同时对单向和双向信道计数应用参数滤波器。

上图:施加到单向TVS二极管上的正弦波电压(黄色)和由此产生的电流(绿色)。注意所施加波形的正、负峰被剪切时电压的不对称性。

上图:左边使用的相同正弦波应用于同一TVS二极管的双向版本。注意剪切电平和电流的对称性。

反向对峙电压

在正常/连续运行期间，如果有必要，应用到TVS二极管上的电压导致电流超过不可避免的漏电流，它们毕竟被称为瞬态电压抑制器……一个TVS二极管的反向隔离电压额定值描述了在进入该领域之前可以应用的最大电压，有时也被称为最大工作电压或最大反向工作电压。这个数字将比器件的额定击穿电压要小一些。

概念表达方式的差异可能导致相同的基本思想被表达为最大值或最小值;“反向对峙电压”一词暗示了对零件本身特性的关注，这样的值很可能被引用为最小值。相比之下，像“最大工作电压”这样的表述意味着关注用户施加在该部件上的应力，这些数字通常被引用为最大值。它们是同一枚硬币的两面;“ 该部件的最小抗应力能力是 x ” 是*“* 可以安全施加的最大应力是**x ” 的镜像。

击穿电压

正如可能预期的那样，TVS二极管的额定击穿电压表征了反向偏倚的量，当它开始导电超过某些指定的(小)电流时。它通常被引用为一些最小值，大于指定的最大反向僵持电压，这两个数字之间的间隙提供了所需的裕度，以避免不必要的传导。

下面的数据手册摘录列出了用于收集右侧和上方伴随波形的样本TVS二极管的特性。

钳位电压

为TVS二极管给定的箝位电压表征了当施加具有指定峰值振幅的标准测试电流波形时出现在整个器件上的最大电压。由于这些峰值电流值通常是由制造商选择来传达器件能力的上限，箝位电压可以粗略地理解为描述只要器件仍在工作，预计会出现在整个器件上的最大电压。箝位电压并不是精确的数字;它们是基于标准化测试波形的表征。有不止一种可供选择，虽然它们是为了模拟可能的场景而设计的，但在实践中，大自然并不总是那么善良，以至于符合人们试图塑造其性格的模式。

右边的波形显示当一个充电的47000uf电容通过继电器连接时，通过SA5.0A TVS二极管的电压(黄色)和通过的电流(绿色)。通过电视产生的15A浪涌被箝位到小于8V。

上图:用于产生右图所示波形的电路。

峰值脉冲电流

TVS二极管所引用的峰值脉冲电流通常具有双重含义，因为它既描述了所述箝位电压的测量条件，也描述了器件能够抑制而不期望损坏的瞬态振幅的上限。该数字必然伴随着有关波形形状和持续时间的限定，通常引用10x1000us和8x20us标准波形。

峰值脉冲功率

TVS二极管所引用的峰值脉冲功率表征了瞬态事件期间器件中允许的最大功耗，通常基于与峰值脉冲电流相同的测试波形。

光电二极管

发光二极管(LEDs)

发光二极管(Light emitting diode)，毫不奇怪，是指在正向偏置时发光的二极管。虽然适合用于毫瓦级指示应用的低功率器件大约在20世纪70年代就已经商用，但技术的进步使适合照明和一般照明应用的大功率器件得以发展，工作在百瓦输入功率水平的器件很容易获得。产品本身的变化和它们被表征的方式导致沿着几条共同的线进行细分;宽带(白色) 比较于单色光，比较于不可见光，指示类比较于照明类器件，以及产品交易的集成水平;封装半导体的处理方式与将同样的产品集成到功能更高的组件时不同。

上图为L-R:表面贴装和通孔指示器级LED、照明级LED和板上芯片阵列。(照片未按比例)

LEDs的属性

波长，主导波长，峰值波长

用于描述LEDs的波长属性的各种排列传达了关于发射光的光谱内容的信息。

这是相关的，因为感知到的颜色和“实际”的颜色不一定完全一致。人类感知颜色的基本模型是三色;大多数人的眼睛中有3种不同类型的颜色敏感细胞，它们根据入射光的光谱含量受到不同程度的刺激。不管实际的光谱含量如何，任何两种刺激，只要在眼睛的颜色感受器中产生相同比例的反应，就会被认为具有相同的颜色。因此，具有显著不同光谱含量的光源可以具有相同的表观颜色。

主导波长 是一种感知度量，指示单色光的波长，该波长将产生与被表征的器件发出的光相同的感知颜色(基于标准化的人类模型)。这对于LED直接被观察而不是被用来照亮其他物体的指示器类应用最有意义。

另一方面，峰值波长表示器件发射光谱的高点，并且在实际光谱含量比感知颜色更重要的应用中更有意义，例如园艺照明。

当主导波长和峰值波长都被表征时，它们通常落在相当接近的位置，尽管它们不会完美重叠，并且在可见范围边缘附近的差异往往会增加。这是由于人类对颜色反应的不对称，以及光源的光谱密度和人类灵敏度曲线的“裙子”重叠的方式造成的。

波长本身并不意味着指的是主导值或峰值，也不应假定是这两种情况;即使在单个LED系列的数据手册中，该术语也可能具有混合的意义，“峰值”数字用于极限端波长器件，而“主导”数字用于更接近可见光谱中间的器件。这可能并不像它看起来那样是一种混乱的做法;峰值波长在可见光谱的极限端附近的器件不太可能被用于照明目的，因为它们的发射光谱位于人眼不太敏感的区域。由于它们在提供照明方面不是特别有效，因此它们更有可能被用于对其实际(vs.感知)光谱质量感兴趣的应用程序。

最后，以纳米为单位引用的波长图仅适用于有色光源;“白色”光源是包含大部分可见范围的广谱光的混合物，并以相关色温来指定，其值以度开尔文(°K)引用。由于出于产品管理的目的，将白色和彩色LEDs组合在一起通常是权宜之计，因此通常(如果技术上不正确)看到CCT值在“波长”标题下列出了温度单位。

上图: LED WP3A8HD的归一化功率谱密度，用CIE 1931标准配色函数绘制。LED输出光谱中的峰值波长在显著灵敏度范围之外，但LED发射光谱的“裙子”有大量重叠(阴影部分)，X曲线所包含的部分约为Y的两倍。注意，该器件列出的主导波长(635nm)绘制为垂直线，与X和Y曲线相交的值具有类似的比率。

测试电流，测试温度

器件性能和行为的测量直接受到测量时使用的正向电流的影响，而进行测量时器件的温度也相当重要，尽管程度较轻。列出LED的测试电流和测试温度值反映了这些变量的值，在这些变量值下，其他列出的性能特征也适用。虽然测试电流值几乎被普遍列出，但测试温度值往往只用于照明级LED产品。这些器件典型的相对较高的功耗使得在75至100°C下的操作更像是一种常态而不是例外，使得在习惯的25°C器件温度下的行为测量不能准确反映实际结果。

随着器件温度的升高，LED性能在各方面趋于下降，因此在比较在不同测试温度下测量的具有数值上相似性能特征的器件时，首选具有较高测试温度的器件。出于估计的目的，测试温度从25°C增加到85°C，可以预期会导致光通量和效能下降10%，尽管在5 - 20%的范围内变化并不异常。

流明/瓦(光效率)

发光效能 是基于人类视觉依赖波长灵敏度的标准模型，对LED每单位电输入能量的光输出的感知度量。换句话说，它是衡量器件将单位电输入能量转化为人类认为有用的光的有效性的指标。测量通常是基于光性(正常光照水平下的颜色感知)视觉模型引用的，其中理论最大值为683流明/瓦。该最大值适用于555nm左右(绿色)的人类光谱灵敏度曲线的峰值，因此光谱含量更宽的光源(例如“白光”)的理论最大值将更低。

光通量 @ ______

光通量 以流明为单位，是一种感知光功率的度量。由于人类视觉对所有波长的灵敏度并不一致，通常测量功率的通用单位*(* 瓦特 ) 在以提供照明为目标的情况下并不能很好地发挥作用;例如，1瓦的红光所提供的照明效益并不等同于1瓦的绿光。光通量概念通过根据标准光度函数对光源的光谱含量进行加权来解决这一限制，该光度函数将人类视觉灵敏度的变化描述为波长的函数。

用于描述LEDs的各种通量属性传达了器件产生的光功率。这些数字直接依赖于测量时施加在LED上的正向电流，而不太直接(尽管强烈)依赖于器件的温度。因此，所列磁通值也适用于所列的测试电流和温度。

右边的照片说明了将100mW应用于指示光效为46lm/W的LED(左)与效能为201 lm/W的类似器件(右)所获得的照明效益的差异。两者都被安装在前景中原型板的对面，瞄准一张白纸，另一张纸折叠成v型，将各自被照亮的区域分开。

视角

LED的视角概括了LED发出的光强度的空间变化。一个相对容易观察到的惯例是，根据发射光强度至少是其峰值的一半的平面内的总角度来引用视角。这样的值有时被称为全宽，半最大或FWHM测量，以获得更高的清晰度。由于发射模式通常是关于器件光轴对称的，因此指定光轴与半强度点之间的角度也是相当常见的。以这种方式指定的值有时被称为半角，并且等于以FWHM方式指定的视角的二分之一。

下图比较了两个指示器级LEDs，一个标称视角为180°(左)，另一个标称视角为24°(右)。视角较窄的器件在短距离的白纸上投射出明显的明亮区域，而广角器件则发射出弥散得多的光束。

CCT(相关色温)

相关色温 ，通常缩写为CCT ，是一个用来测量和传达名义上“白色”光源的颜色特征的概念。给定光源的CCT是一个黑体散热器的温度，其颜色与所讨论的光源的颜色最接近。虽然黑体辐射的名字可能不被广泛认识，但人们通常理解黑体辐射的作用是当(例如)金属物体被加热到高温并开始发光;在800°K(约1000°F)的温度下由暗红色过渡到橙色、白色，最后在超过目前已知固体熔点的温度下变为蓝色。

应该注意的是，“最接近”和“最接近”不是一回事，在某种意义上，阿达克是阿拉斯加的一个自治市，位于“最接近”赤道，但仍然超过3000英里(~5000km)…不同的说法是，CCT描述了“白色”光的颜色特征的最近参考点，但没有说明到该参考点的实际距离;后一条信息的特征是一个单独的度量标准，称为显色指数或CRI。

右图显示了在不同温度下黑体辐射体的标准化发射强度与波长的关系——注意这两个尺度都是对数的。在2700°K(大约是传统白炽灯泡的工作温度)下，光谱红端发出的光大约是蓝端发出的光的100倍，从而产生略带黄色色调的光。在5600°K时，这种差异会急剧缩小到只有4倍，而且由于人类对蓝色波长的光的敏感度相对较高，这样的光源会呈现偏蓝的色调。虽然光谱含量的相对平衡随着温度的变化而变化，但黑体辐射的大部分能量并不落在可见范围内，这使得依赖于类黑体辐射的照明剂的发光效率特征较低。

同样值得注意的是，在一般定性意义上，经常用来指代CCT的描述性术语“暖白”和“冷白”并不是指黑体温度，而是指光源引起的人类主观/审美/心理反应，这与CCT的数字是反向的;CCT较高的光源称为“冷白”，CCT较低的光源称为“暖白”。

上图:黑体散热器在几种不同温度下的发射光谱图。
下图:(从左到右)白炽灯，以及广告CCT值分别为2700°K、3000°K和5000°K的LEDs灯

CRI(显色指数)

显色指数 (CRI) 是一种表征名义上“白色”光源的颜色再现特性的方法，它基于光源照射的物体的表观颜色与同一CCT的基于黑体的参考标准照射的物体的表观颜色的密切程度。理论上最大CRI值为100，相对于标准，光源再现颜色的精度越低，其CRI就越低。实际上，CRI数字是CCT数据提供的“最近参考”信息的“多远”补充。

为了尝试从单位输入能量中获得更多的照明效益，人们开发出了荧光灯和LEDs等照明光源，它们避开了基于黑体辐射原理的照明技术固有的低效问题。它们由此产生的输出光谱往往是相当峰值的，而不是黑体的平滑曲线特征。

因此，被照射物体的表观颜色会随着光源光谱含量的不同而发生显著变化。经常用于室外区域照明(路灯、停车场坡道灯等)的钠基灯，往往会让一切都呈现出某种橙黄色或黑色的阴影，这可能是CRI非常低的光源中最常见的例子。

Millicandela评级

毫坎德拉等级(millicandelarating)是衡量器件在特定方向上发出的感知光强度的指标，通常是沿着该强度最高的器件光轴。它最常用于指示器、分段显示器和专为直接观看而设计的类似器件的环境中，因为为了便于观察，器件在观察者方向上发出的光强度需要与器件表面反射的任何环境光的强度区分开来。这一概念与光通量单位12形成对比，光通量单位用于描述为照明设计的器件，在照明中，向各个方向发射的总能量比在一个特定方向上发射的强度更令人感兴趣。

更准确地说，坎德拉是表示发光强度的公制基本单位;是器件在特定方向上每单位立体角发射的光能量，调整后考虑到人类视觉灵敏度的光谱依赖性。具体定义为单色555nm光源在辐射强度为1/683瓦/立体位时的发光强度。当然，1毫坎德拉是1坎德拉的千分之一。

对于那些想知道的人来说，一个立体弧度(想想“立体弧度”)是用来描述平面角度的测量弧度的三维表亲;圆中有2π弧度，球体中有4π立体弧度。由于这个几何概念，器件的毫坎德拉评级与其视角之间存在着密切的联系;一个LED将它的光输出聚焦到一个更窄的光束上，会比一个在更大的实心角度上传播完全相同的光能的LED看起来更亮。

关于LEDs和相关主题的更多信息：

上图:在黑暗中都很容易看到的分段显示器(下)可能在环境光下都没有那么可读(上)。

光电二极管

光电二极管是与整流二极管密切相关的一类器件，基于相似的基本概念，但其设计目的是利用(而不是抑制)光电效应，并将其用于检测或测量光，应用范围很广，如改变电视频道或测量血液中的氧气浓度。尽管光电二极管能够执行整流功能，但在这方面相对较差，就像整流二极管可以(较差地)发挥光电二极管的功能一样。

右边的照片说明了玻璃封装中的普通1N4148整流二极管和SFH229光电二极管之间的行为差异，当用来自随机零件盒的红色LED在交流电流驱动下照明时。专用光电二极管产生的信号振幅约为7V，而’4148的信号振幅约为2 mV。

上图:由LED照亮的1N4148整流二极管。

上图:整流二极管在交流电流(绿色)的LED驱动下产生的光电信号(黄色)

上图:右图中用于产生波形的电路。

上图:由LED照明的SFH229光电二极管

上图:光电信号(黄色)和LED驱动电流(绿色)

光电二极管通常以两种方式之一工作。在光伏模式下，器件的工作电压很小甚至没有施加电压，其行为就像用于收集太阳能的非常小规模的光伏板。在这种工作模式下，二极管是正向偏压的;阳极相对于阴极端变成正电。如果打开或施加到高值电阻上，产生的电压与入射光呈对数关系，就像整流二极管的正向电压与正向电流呈对数关系一样。这方面的一个例子显示在右中，使用与上面相同的光电二极管和LED。

另一方面，如果对光电二极管进行短路，并监测所产生的电流动，则所产生的信号相对于入射光是相当线性的，如最右边的图像所示。在这种情况下，施加到光源上的每单位电流，产生的信号的电压幅值也要高几个数量级。

由于光电二极管在光伏模式下工作时基本上是无偏置的，因此结电容处于最大值，响应时间变慢。然而，器件中的多余噪声源和功耗被最小化，使得这种模式对于低速/高精度应用非常有用，在许多情况下，这些应用本身就是在测量光。

上图:LED/光电二极管对的输入和输出波形，在高阻抗光伏模式下操作LED。

上图:LED/光电二极管对的输入和输出波形，在短路光伏模式下操作LED。

相比之下，在光导模式下操作相当于将光电二极管置于一定程度的反向偏置下，并测量由此产生的漏电流;被器件吸收的入射光会产生新的载流子，然后这些载流子就可以在施加的反向偏置电压的影响下携带电流。增加施加的偏置量会降低二极管的结电容，以增加产生的信号中的噪声为代价，实现更快的响应时间。由于这种效应，光导模式往往是优先考虑速度的应用;这些应用往往更关注于探测光来解码它所携带的信息，而不是测量光本身，光纤通信接收机就是一个很好的例子。

光电二极管的属性

波长

Digi-Key网站上为光电二极管列出的波长属性表示器件的峰值灵敏度波长;每单位入射光能产生最大电响应的光波长。

色彩增强

设计用于允许对光谱的某些部分响应的光电二极管通常被描述为对该区域的“增强型”。这不应该被解释为这些器件在该区域特别敏感;它可能意味着已经做出了一些努力来改善灵敏度曲线的该区域相对于其他区域的灵敏度，或者仅仅是没有通过使用光学滤波来故意降低参考区域的灵敏度。它可能最好被理解为一种不精确的快速选择机制，用于在光谱范围属性下浮出水面的更准确(和笨拙)的信息。

举例来说，PDB-C152SM被制造商描述为“蓝色增强”器件，其光谱响应曲线如图所示，标黄部分显示与不同波长区域相关的可见颜色。可以很清楚地看到，“蓝色”区域的响应率大约是峰值的三分之一到四分之一，而峰值就在红外波段。尽管如此，该器件确实具有潜在有用的蓝光谱响应水平，因此被称为在该区域得到了“增强”。

上图:PDB-C152SM光电二极管的响应度曲线，突出显示可见光谱。

光谱范围

光电二极管的光谱范围属性描述了器件的响应度高于制造商定义的阈值的光波长范围，通常在峰值的10~50%的范围内。对于所选择的确切值的约定不是特别强，因此所列出的值应该有一些松散的解释，如果它与所讨论的应用可能相关，则应确定其确切含义。例如，下面的TEMD1000数据手册摘录表明50%的阈值用于指定的范围，而SFH2701数据手册(右中)表明使用10%的阈值。如果两者都使用相同的50%水平，则发现TEMD1000的红外响应将进一步扩展约70nm。

上图:摘自SFH2701数据手册，标黄部分指出了光谱范围。注意使用了10%的阈值水平。

上图:来自SFH2701数据手册的光谱灵敏度图。如果使用与TEMD1000相同的50%灵敏度水平进行评估，其范围大约为480 ~ 970nm。

二极管类型

PIN

PIN光电二极管是标准P- n结二极管的变体，在P-和n-掺杂区域之间包含未掺杂的“本禀”层。这具有使入射光的目标更大和降低结电容的效果，允许更高的灵敏度和更快的响应，而不是用类似的P-N结获得。

雪崩

雪崩光电二极管(apd)在相对较高的反向偏置电压下以光导模式12工作，通过结合一种内部放大形式，对入射光表现出明显高于pin型光电二极管的灵敏度。输出信号不是直接由于吸收入射光释放的电荷载流子，而是apd利用施加的反向电压将这些电荷载流子加速到一个点，使它们有足够的能量在相邻的反向偏置P-N结构中引起雪崩效应，导致输出信号比原来光产生的电荷载流子单独负责输出信号所能实现的输出信号大数十倍或数百倍。这种更高的灵敏度是以增加噪声水平为代价的，高反向电压和潜在的大光电流信号的结合可能会导致器件内部显著的功率损耗。

上图:与标准PN结相比的PIN二极管结构。

上图:运行中的雪崩光电二极管示意图。入射光撞击二极管的吸收区会产生新的载流子，这些载流子被施加的反向偏置电压加速，并在撞击相邻的P-N结时通过雪崩效应释放出更多的载流子。

响应 @nm

光电二极管的响应表征了其对入射光的敏感性，即每单位入射光能产生的输出电流的大小。它随光的光谱含量和任何施加的偏置电压的量而变化，所引用的数字适用于指示波长的单色测试源，该波长通常与器件的峰值灵敏度波长不同。除了大量产品未列出的数字外，所引用值所适用的环境的可变性限制了所列出值可作为不同器件之间比较的公平基础的程度。此外，其他因素，如器件的有效面积将影响器件对给定强度光源的响应。

响应时间

光电二极管的响应时间表征了应用光刺激和产生的输出信号接近其最终结果值之间的延迟。它受到结电容的强烈影响，而结电容又受到用户定义的因素的影响，如所选择的操作模式和施加的任何反向偏置电压的量。因此，广告中的响应时间值反映了制造商所选择的测量条件，几乎和它们反映了部件本身的行为一样多，在进行器件选择时应该记住这一事实——广告中具有10纳秒响应时间的器件可能比具有10微秒响应时间的器件更快，但在广告值为5微秒vs 10微秒的情况下，这就不太确定了。

电压-直流反向最大

光电二极管的最大反向电压属性基本上与整流二极管的情况相同，表明在击穿即将到来之前可以应用在反向方向的最大电压。然而，这并不一定代表最大安全工作电压，因为通过光电二极管的电流(因此功率损耗)是光输入信号的函数。这在雪崩光电二极管的情况下尤其相关，雪崩光电二极管通常在高反向电压下工作，并产生相对大的电流输出。

暗电流

光电二极管暗电流类似于整流二极管应用中的漏电流——它是在没有任何入射光的情况下流过反向偏置光电二极管的电流。这种电流的变化构成了噪声源，并且观测值随着温度和施加的偏置电压而显著变化。因此，在比较器件特性或进行设计计算时，牢记这些因素是很重要的。

有效区域

光电二极管对光敏感的部分称为其有效区域，其物理大小直接影响给定强度入射光的输出信号的大小。在其他条件相同的情况下，较大的有效面积所带来的灵敏度的提高通常伴随着较高的结电容、较慢的响应时间和较高的暗电流。

视角

在光电二极管的背景下，视角是指器件的灵敏度随入射光到达方向的函数而变化的方式。与led的情况一样，传统的做法是将视角测量为器件的响应度至少为其峰值的一半的完整入射角，半角也很常见。

可变电容二极管(Variable capacitor Diodes)

可变电容二极管，也称为调谐二极管或变容二极管被设计用于反向偏置模式的操作中，并表现出可预测的结电容变化，随施加的偏置电压的量而变化;换句话说，它们的功能是作为电可调电容，而不是整流器。它们通常被用作射频应用中的调谐元件，虽然大多数二极管可以以这种方式工作，但那些作为可变电容二极管销售的二极管是专门为这种使用方式而建造和特征的。

容值

说道变容二极管，结电容更细致的表述了变容二极管的特性，尽管产生结电容的原理与普通整流二极管的情况没有什么不同。它强烈地依赖于施加的反向偏置电压的量，使得器件的标称电容被表征的电压几乎与电容数字本身一样有意义。结电容与反向偏置电压成反比变化，因此在接近最大偏置条件下表征的电容可以被认为是“最小”电容值。相反，在低偏置电压条件下引用的电容值可以被认为是“最大”值。这两种做法的例子以及它们之间的连续体都可以在环境中找到，使得器件电容滤波成为不精确和/或麻烦的事情，因为没有相当仔细的检查，人们无法知道是否引用了器件电容范围的顶部、底部或中间。由于可用器件的数量不是特别大，一个建议的选择策略是最初选择所有的值，甚至远远接近感兴趣的范围;后续应用其他筛选标准将倾向于减少结果集的大小，并减少一个人需要花在解释测试条件上的时间。

电容率

在可变电容二极管的情况下，电容比是指在两个不同的反向电压水平下产生的结电容的比率。如果不提及它们所基于的两个电压值(在Digi-speak中称为电容比条件***)*** ，比率 值本身就没有多大用处，制造商通常会提供多个值用于表征。在这种情况下，制造商提供的基于最宽电压价差(通常对应于器件的最大可用范围)的比值通常会在供应商的参数数据中被引用。

Q @ vr, f

在变电容二极管的情况下，Q 值指的是器件的无功阻抗与其寄生串联电阻的比值，这与其他无功器件的情况很相似。由于变容二极管的设计目的是根据施加的反向电压的多少来提供可变的电抗，因此在表征器件的Q因子时，该电压是一个重要的测试条件。同样相关的是表征所处的测试频率;寄生元件，如与封装相关的电感，可以导致在50mhz测量的Q值与在1mhz测量的Q值显著不同。

有关可变电容二极管的进一步信息：