在电子电路的世界里，电路保护元器件就像是忠诚的卫士，守护着整个电路系统的安全与稳定。它们的应用领域极为广泛，涵盖了各类家用电器、家庭视听及数码产品、个人护理等消费类电子产品，以及计算机及其周边、手机及其周边、照明、医疗电子、汽车电子、电力、工业设备等，与人们的生产生活息息相关。
电路保护主要有过压保护和过流保护两种形式。选择合适的电路保护器件是实现高效、可靠电路保护设计的关键。在选择时，要确保保护电路不会干扰受保护电路的正常运行，同时还需防止任何电压瞬态导致整个系统出现重复性或非重复性的不稳定行为。
防雷过压器件可分为钳位型过压器件和开关型过压器件。开关型过压器件也就是我们熟知的防雷器件，如陶瓷气体放电管、半导体放电管和玻璃放电管；钳位型过压器件则包括瞬态抑制二极管、压敏电阻、贴片压敏电阻和 ESD 放电二极管；过流器件主要以 PTC 元件自恢复保险丝为主。以下是它们的具体作用：
- 放电管的作用：放电管常用于多级保护电路中的级或前两级，主要起泄放雷电暂态过电流和限制过电压的作用。它通过将电压限制在较低水平来实现保护功能。硕凯电子的放电管分为气体放电管和固体放电管，其中气体放电管主要有陶瓷气体放电管和玻璃气体放电管。在实际应用中，工程师需要根据产品应用端口的防护等级以及相关选型参数来确定放电管的类别和型号。
- 瞬态抑制二极管的作用：瞬态抑制二极管能以极快的速度（10 的负 12 次方秒量级），将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，从而有效地保护电子线路中的精密元器件，使其免受各种浪涌脉冲的损坏。
- 压敏电阻的作用：压敏电阻是一种限压型保护器件，在电路保护中主要利用其非线性特性。当过电压出现在压敏电阻的两极间时，它可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，进而实现对后级电路的保护。
- 贴片压敏电阻的作用：贴片压敏电阻主要用于保护元件和电路，防止在电源供应、控制和信号线产生的 ESD（静电放电）。
- ESD 静电放电二极管的作用：ESD 静电放电二极管是一种过压、防静电保护元件，专为高速数据传输应用的 I/O 端口保护而设计。它可以避免电子设备中的敏感电路受到 ESD 的影响，具有非常低的电容，在传输线脉冲（TLP）测试和 IEC6100 - 4 - 2 测试中表现优异，尤其是在多采样数高达 1000 之后，能更好地保护敏感电子元件。
- PTC 自恢复保险丝的作用：在电路正常工作时，PTC 自恢复保险丝的阻值很小（压降也很小）。当电路出现过流使它温度升高时，阻值会急剧增大几个数量级，使电路中的电流减小到安全值以下，从而保护后面的电路。当故障排除后，PPTC 元件会很快冷却并恢复到原来的低电阻状态，可重新正常工作。
- 电感的作用：根据法拉第电磁感应定律，当电路刚开始运行，一切还不稳定时，如果电感中有电流通过，就会产生一个与电流方向相反的感应电流。等到电路运行一段时间后，电流稳定，电磁感应不再产生电流，从而保证了电路的安全。此外，电感还具有通直流、阻交流的特性，不过在实际应用中使用相对较少。
- 磁珠的作用：磁珠具有很高的电阻率和磁导率，等效于电阻和电感串联，且电阻值和电感值都随频率变化。它比普通的电感具有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果，常用于以太网芯片。
接下来，我们详细了解一下二极管的相关知识，包括其分类、应用、特性、原理和参数。
几乎在所有的电子电路中，都能看到半导体二极管的身影，它是诞生早的半导体器件之一，应用非常广泛。
- 整流二极管：利用二极管的单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。
- 开关元件：在正向电压作用下，二极管电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用这一特性，可以组成各种逻辑电路。
- 限幅元件：二极管正向导通后，其正向压降基本保持不变（硅管为 0.7V，锗管为 0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。
- 继流二极管：在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。
- 检波二极管：在收音机中起检波作用。
- 变容二极管：常用于电视机的高频头中。
晶体二极管由 p 型半导体和 n 型半导体形成 p - n 结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于 p - n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等，处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场相互抑制，使载流子的扩散电流增加，引起正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流 I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p - n 结空间电荷层中的电场强度达到临界值，产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，形成数值很大的反向击穿电流，即二极管的击穿现象。
二极管的种类繁多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge 管）和硅二极管（Si 管）；根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管等；按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。
- 点接触型二极管：用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个 “PN 结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。
- 面接触型二极管：“PN 结” 面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的 “整流” 电路中。
- 平面型二极管：是一种特制的硅二极管，不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。
- 根据构造分类
- 点接触型二极管：在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后，通过电流法形成。其 PN 结的静电容量小，适用于高频电路，但正向特性和反向特性较差，不能用于大电流和整流。因其构造简单，价格便宜，常用于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等。
- 键型二极管：在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成，特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间。与点接触型相比，PN 结电容量稍有增加，但正向特性特别优良，多作开关用，有时也用于检波和电源整流（不大于 50mA）。
- 合金型二极管：在 N 型锗或硅的单晶片上，通过合金铟、铝等金属的方法制作 PN 结而形成。正向电压降小，适于大电流整流，但因其 PN 结反向时静电容量大，不适于高频检波和高频整流。
- 扩散型二极管：在高温的 P 型杂质气体中，加热 N 型锗或硅的单晶片，使单晶片表面的一部变成 P 型，以此法形成 PN 结。因 PN 结正向电压降小，适用于大电流整流，目前大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。
- 台面型二极管：PN 结的制作方法与扩散型相同，但只保留 PN 结及其必要的部分，把不必要的部分用药品腐蚀掉，剩余部分呈现出台面形。初期生产的台面型是对半导体材料使用扩散法制成的，也称为扩散台面型。该类型中，大电流整流用的产品型号较少，小电流开关用的产品型号较多。
- 平面型二极管：在半导体单晶片（主要是 N 型硅单晶片）上，扩散 P 型杂质，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在 N 型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成 PN 结。不需要为调整 PN 结面积进行药品腐蚀作用，由于半导体表面平整，故而得名。其 PN 结合的表面被氧化膜覆盖，稳定性好、寿命长。初采用外延法形成半导体材料，也称为外延平面型。平面型二极管中，大电流整流用的型号较少，小电流开关用的型号较多。
- 合金扩散型二极管：是合金型的一种，合金材料容易被扩散。通过巧妙掺配杂质，使难以制作的材料与合金一起扩散，在已形成的 PN 结中获得恰当的杂质浓度分布，适用于制造高灵敏度的变容二极管。
- 外延型二极管：用外延面长的过程制造 PN 结而形成，制造技术要求高超。能随意控制杂质的不同浓度分布，适宜制造高灵敏度的变容二极管。
- 肖特基二极管：基本原理是在金属（如铅）和半导体（N 型硅片）的接触面上，形成肖特基阻挡反向电压。与 PN 结的整流作用原理有根本性差异，耐压程度只有 40V 左右，但开关速度非常快，反向恢复时间 trr 特别短，可制作开关二极管和低压大电流整流二极管。
- 根据用途分类
- 检波用二极管：从输入信号中取出调制信号的过程称为检波，通常把输出电流小于 100mA 的叫检波。锗材料点接触型二极管工作频率可达 400MHz，正向压降小，结电容小，检波效率高，频率特性好，如 2AP 型。这类二极管除用于检波外，还可用于限幅、削波、调制、混频等电路，也有调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。
- 整流用二极管：从输入交流中得到输出直流的过程称为整流，通常把输出电流大于 100mA 的叫整流。面结型二极管工作频率小于 KHz，反向电压从 25 伏至 3000 伏分 A - X 共 22 档，如硅半导体整流二极管 2CZ 型、硅桥式整流器 QL 型、用于电视机高压硅堆工作频率近 100KHz 的 2CLG 型。
- 限幅用二极管：大多数二极管都可作为限幅使用，也有专用的限幅二极管，如保护仪表用和高频齐纳管。通常使用硅材料制造，也有将若干个必要的整流二极管串联起来形成的组件，可根据限制电压需要选择。
- 调制用二极管：通常指环形调制专用的二极管，是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。虽然其他变容二极管也有调制用途，但一般直接用于调频。
- 混频用二极管：在 500 - 10,000Hz 的频率范围内进行二极管混频时，多采用肖特基型和点接触型二极管。
- 放大用二极管：用二极管放大大致有依靠隧道二极管和体效应二极管的负阻性器件放大，以及用变容二极管的参量放大。因此，放大用二极管通常指隧道二极管、体效应二极管和变容二极管。
- 开关用二极管：有在小电流下（10mA 程度）使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励用开关二极管。小电流的开关二极管通常有点接触型和键型等，也有在高温下还能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。肖特基型二极管开关时间特短，是理想的开关二极管，如 2AK 型点接触为中速开关电路用，2CK 型平面接触为高速开关电路用，可用于开关、限幅、钳位或检波等电路；肖特基（SBD）硅大电流开关正向压降小，速度快、效率高。
- 变容二极管：用于自动频率控制（AFC）和调谐的小功率二极管。通过施加反向电压，使其 PN 结的静电容量发生变化，常用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常采用硅的扩散型二极管，也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管，这些二极管对于电压而言，静电容量的变化率特别大。结电容随反向电压 VR 变化，可取代可变电容，用作调谐回路、振荡电路、锁相环路，常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路，多以硅材料制作。
- 频率倍增用二极管：二极管的频率倍增作用有依靠变容二极管的频率倍增和依靠阶跃（即急变）二极管的频率倍增。频率倍增用的变容二极管称为可变电抗器，可变电抗器与自动频率控制用的变容二极管工作原理相同，但构造能承受大功率。阶跃二极管又称为阶跃恢复二极管，从导通切换到关闭时的反向恢复时间 trr 短，特长是急速地变成关闭的转移时间显著地短。如果对阶跃二极管施加正弦波，输出波形会急骤地被夹断，能产生很多高频谐波。
- 稳压二极管：是代替稳压电子二极管的产品，制作成硅的扩散型或合金型，是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管。作为控制电压和标准电压使用，工作时的端电压（又称齐纳电压）从 3V 左右到 150V，按每隔 10% 能划分成许多等级。在功率方面，也有从 200mW 至 100W 以上的产品。工作在反向击穿状态，硅材料制作，动态电阻 RZ 很小，一般为 2CW 型；将两个互补二极管反向串接以减少温度系数则为 2DW 型。
- PIN 型二极管（PIN Diode）：在 P 区和 N 区之间夹一层本征半导体（或低浓度杂质的半导体）构造的晶体二极管。PIN 中的 I 是 “本征” 意义的英文略语。当工作频率超过 100MHz 时，由于少数载流子的存贮效应和 “本征” 层中的渡越时间效应，其二极管失去整流作用而变成阻抗元件，并且阻抗值随偏置电压而改变。在零偏置或直流反向偏置时，“本征” 区的阻抗很高；在直流正向偏置时，由于载流子注入 “本征” 区，而使 “本征” 区呈现出低阻抗状态。因此，可以把 PIN 二极管作为可变阻抗元件使用，常应用于高频开关（即微波开关）、移相、调制、限幅等电路中。
- 雪崩二极管（Avalanche Diode）：在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。利用雪崩击穿对晶体注入载流子，因载流子渡越晶片需要一定的时间，所以其电流滞后于电压，出现延迟时间，若适当地控制渡越时间，那么在电流和电压关系上就会出现负阻效应，从而产生高频振荡。常应用于微波领域的振荡电路中。
- 江崎二极管（Tunnel Diode）：以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管，基底材料是砷化镓和锗，P 型区的 N 型区是高掺杂的。隧道电流由这些简并态半导体的量子力学效应所产生。发生隧道效应需具备费米能级位于导带和满带内、空间电荷层宽度必须很窄（0.01 微米以下）、简并半导体 P 型区和 N 型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性这三个条件。江崎二极管为双端子有源器件，主要参数有峰谷电流比（IP/PV）。可应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中（工作频率可达毫米波段），也可应用于高速开关电路中。
- 快速关断（阶跃恢复）二极管（Step Recovary Diode）：具有 PN 结的二极管，结构特点是在 PN 结边界处具有陡峭的杂质分布区，从而形成 “自助电场”。由于 PN 结在正向偏压下，以少数载流子导电，并在 PN 结附近具有电荷存贮效应，使其反向电流需要经历一个 “存贮时间” 后才能降至值（反向饱和电流值）。阶跃恢复二极管的 “自助电场” 缩短了存贮时间，使反向电流快速截止，并产生丰富的谐波分量。利用这些谐波分量可设计出梳状频谱发生电路，常用于脉冲和高次谐波电路中。
- 肖特基二极管（Schottky Barrier Diode）：具有肖特基特性的 “金属半导体结” 的二极管，正向起始电压较低。金属层除材料外，还可采用金、钼、镍、钛等材料，半导体材料。
