小信号,LED,肖特基,齐纳

在本教程中,我们将学习不同类型的二极管。这些包括小信号二极管、齐纳二极管、发光二极管、肖特基二极管、隧道二极管、雪崩二极管等。这将简要说明不同类型的二极管及其基本功能和相应的电路符号。

介绍

二极管是两个终端电子设备/部件,起单向开关的作用,即只允许电流单向流动。这些二极管使用硅、锗和砷化镓等半导体材料制造。

二极管的两端分别称为阳极和阴极。根据这两个端子之间的电位差,二极管的工作方式可分为两种:

  • 如果阳极比阴极有更高的电位,那么二极管被称为在正向偏压,它允许电流流动。
  • 若阴极的电势高于阳极,则二极管处于反向偏压状态,不允许电流流动。

不同类型的二极管有不同的电压要求。对于硅二极管,正向电压为0.7V,对于锗二极管,正向电压为0.3V。通常,在硅二极管中,二极管一端的暗带表示阴极端子,另一端表示阳极。

二极管的主要应用之一是整流,即将交流转换为直流。由于二极管只允许电流在一个方向流动而阻止电流在另一个方向流动,二极管被用于反极性保护和瞬态保护应用。

有许多不同类型的二极管,下面列出了其中一些。

不同类型的二极管

现在让我们简单地看看几种常见的二极管。

1.小信号二极管

这是一种具有不成比例特性的小型器件,其应用主要涉及高频和极低电流应用,如收音机和电视机等。为了保护二极管免受污染,它被玻璃包裹,因此也称为玻璃钝化二极管。这种类型的流行二极管之一是1N4148。

就外观而言,与功率二极管相比,信号二极管非常小。为了指示阴极端子,一个边缘用黑色或红色标记。对于高频应用,小信号二极管的性能非常有效。

相对于其他功能,信号二极管通常具有较小的载流能力和功耗。通常,它们分别在150mA和500mW的范围内。

小信号二极管可以由硅或锗型半导体材料制成,但二极管的特性取决于掺杂材料。

小信号二极管用于通用二极管应用、高速开关、参数放大器和许多其他应用。小信号二极管的一些重要特性包括:

  • 峰值反向电压(V公关) -这是在二极管击穿前可以施加到它的最大反向电压。
  • 反向电流(我R)–反向偏置时流动的电流(非常小的值)。
  • 峰值正向电流下的最大正向电压(VF在我F
  • 反向恢复时间–反向电流从正向电流下降到I所需的时间R

2.大信号二极管

这些二极管有大的PN结层。因此,它们通常用于整流,即把交流转换为直流。大PN结也增加了二极管的正向载流能力和反向阻塞电压。大信号二极管不适合高频应用。

这些二极管主要应用于电源(整流器、变流器、逆变器、电池充电装置等)。在这些二极管中,正向电阻值为几欧姆,反向阻断电阻值为兆欧姆。

由于它具有高的电流和电压性能,这些可以用于抑制高峰值电压的电气设备。

3.齐纳二极管

它是一个无源元件,工作原理为“齐纳击穿”。1934年由克拉伦斯·齐纳首次生产,它在正向偏置条件下类似于普通二极管,即允许电流流动。

但在反向偏置条件下,二极管只有在施加的电压达到击穿电压时才导通,称为齐纳击穿。其设计用于防止其他半导体器件受到瞬时电压脉冲的影响。它充当电压调节器。

齐纳二极管

4.发光二极管(LED)

这些二极管把电能转换成光能。第一部电影开始于1968年。它经历了电致发光过程,其中空穴和电子在前向偏压条件下以光的形式重组产生能量。

在早期,LED非常昂贵,仅用于特殊应用。但多年来,LED的成本大幅下降。这一点以及它们极为节能的事实,使得LED成为家庭、办公室、街道(用于街道照明和交通灯)、汽车和手机的主要照明源。

发光二极管

5.恒流二极管

它也被称为电流调节二极管或限流二极管或二极管连接晶体管。二极管的功能是调节特定电流下的电压。

它的功能是一个二端限流器。在这种情况下,JFET作为电流限制器来实现高输出阻抗。恒流二极管符号如下所示。

6.肖特基二极管

在这种类型的二极管中,结是通过半导体材料与金属接触而形成的。因此,正向电压降降低到最小值。半导体材料为n型硅作为阳极,铬、铂、钨等金属作为阴极。

由于金属结,这些二极管具有高电流传导能力,因此开关时间缩短。因此,肖特基二极管在开关应用中有着更大的用途。主要是由于金属-半导体结,电压降很低,从而提高二极管性能并降低功率损耗。因此,它们用于高频整流器应用。肖特基二极管的符号如下所示。

肖特基二极管

7肖克利二极管

它是最早被发明的半导体器件之一。肖克利二极管有四层。它也被称为PNPN二极管。它相当于一个没有栅极端子的晶闸管,这意味着栅极端子断开。由于没有触发输入,二极管能够导通的唯一方式是提供正向电压。

它保持ON一旦它打开“ON”和保持OFF一旦它打开“OFF”。二极管有导电和不导电两种工作状态。在不导电状态下,二极管以较小的电压导电。

肖克利二极管结构

肖克利二极管的符号如下所示:

肖克利二极管

肖克利二极管的应用

  • 可控硅触发开关。
  • 作为松弛振荡器。

8.步恢复二极管

它也被称为snap-off二极管或电荷存储二极管。这是一种特殊类型的二极管,可存储正脉冲产生的电荷,并将正弦信号的负脉冲用于此。电流脉冲的上升时间等于瞬时时间。由于这种现象,它有速度恢复脉冲。

这些二极管的应用是在高阶乘法器和脉冲整形电路。这些二极管的截止频率非常高,几乎在千兆赫级。

作为乘法器,该二极管的截止频率范围为200 ~ 300ghz。在10ghz范围的操作中,这些二极管起着至关重要的作用。对于低阶乘数,效率较高。这个二极管的符号如下所示。

步恢复二极管

9.隧道二极管

用作高速开关,开关速度为几纳秒。由于隧穿效应,它在微波频率范围内具有很快的工作速度。这是一种掺杂浓度过高的双端器件。

瞬态响应受到结电容和杂散布线电容的限制。主要用于微波振荡器和放大器。它是最负电导的器件。隧道二极管可以通过机械和电力来调谐。隧道二极管符号如下图所示。

隧道二极管

隧道二极管的应用

  • 振荡电路。
  • 微波电路。
  • 抗核辐射。

10变容二极管

这些也被称为variicap二极管。它的作用就像可变电容。操作主要只在反向偏置状态下执行。这些二极管非常有名,因为它能够在恒定电压流存在的情况下改变电路中的电容范围。

它们能够将电容变化到较高的值。在变容二极管中,我们可以通过改变反向偏置电压来减小或增加耗尽层。这些二极管有许多应用,如手机的压控振荡器,卫星预滤波器等。变容二极管符号如下所示。

变容二极管

变容二极管的应用

  • 压控电容器
  • 压控振荡器
  • 参量放大器
  • 频率因子
  • 收音机、电视机和手机中的调频发射机和锁相环

11.激光二极管

类似于LED,其有源区由p-n结形成。电激光二极管是P-I-N二极管,其有源区位于本征区。用于光纤通信、条码读取、激光笔、CD/DVD/蓝光读取和记录、激光打印。

激光二极管类型:

  • 双异质结构激光器:区域内同时可用的自由电子和空穴。
  • 量子阱激光器:具有一个以上量子阱的激光器称为多量子阱激光器。
  • 量子级联激光器:这是一种异质结激光器,能够在相对较长的波长下进行激光作用。
  • 分离约束异质结构激光器:为了补偿量子激光器中的薄层问题,我们选择分离约束异质结构激光器。
  • 分布式布拉格反射激光器:可以是边发射激光器或VCSEL。

激光二极管的符号如图所示:

激光二极管

12瞬态电压抑制二极管

在半导体器件中,由于状态电压的突然变化,会发生瞬态。它们会损坏设备的输出响应。为了克服这个问题,使用了电压抑制二极管。电压抑制二极管的操作与齐纳二极管的操作类似。

作为p-n结二极管,这些二极管的工作是正常的,但在瞬态电压时,其工作发生变化。正常情况下,二极管的阻抗很高。当电路中出现任何瞬态电压时,二极管进入雪崩击穿区域,该区域提供低阻抗。

这是非常自发的,因为雪崩击穿持续时间以微秒为单位。瞬态电压抑制二极管将钳位电压固定到固定水平,其钳位电压大多在最小范围内。

它们在电信、医疗、微处理器和信号处理领域都有应用。它对过电压的反应比变阻器或气体放电管快。

瞬态电压抑制二极管符号如下图所示。

瞬态电压抑制二极管

二极管的特点是:

  • 漏电流
  • 最大反向隔离电压
  • 击穿电压
  • 钳位电压
  • 寄生电容
  • 寄生电感
  • 它能吸收的能量

13掺金二极管

在这些二极管中,金被用作掺杂剂。这些二极管比其他二极管快。在这些二极管中,反向偏置的漏电流也更小。即使在较高的电压降,它也允许二极管在信号频率中工作。在这些二极管中,金有助于少数载流子的快速重组。

14超级势垒二极管

它是一种整流二极管,具有肖特基二极管的低正向压降,具有浪涌处理能力和P–N结二极管的低反向泄漏电流。它专为高功率、快速开关和低损耗应用而设计。超势垒整流器是比肖特基二极管具有更低正向电压的下一代整流器。

15.珀尔帖效应二极管

在这种类型的二极管中,它在半导体的两种材料接合处产生热量,热量从一个端子流向另一个端子。这种流动只沿与电流流动方向相同的单一方向进行。

这种热量是由少数载流子复合产生的电荷产生的。主要用于冷却和加热应用。这种二极管用作传感器和热电冷却的热机。

16.晶体二极管

这也被称为猫须,这是一种点接触二极管。它的工作取决于半导体晶体与点之间的接触压力。

在这种情况下,金属丝被压在半导体晶体上。在这种情况下,半导体晶体充当阴极,金属丝充当阳极。这些二极管本质上已经过时了。主要用于微波接收机和探测器。

晶体二极管的应用

  • 晶体二极管整流器
  • 晶体二极管探测器
  • 水晶收音机

17.雪崩二极管

这是在雪崩击穿原理下工作的无源元件。它在反向偏置条件下工作。在反向偏置条件下,由于P - N结产生的电离作用,产生了较大的电流。

这些二极管经过特殊设计,可在特定反向电压下击穿,以防止损坏。雪崩二极管的符号如下所示:

雪崩二极管

雪崩二极管使用

  • 射频噪声产生:它作为天线分析仪电桥的射频源,也作为白噪声发生器。
  • 用于无线电设备,也用于硬件随机数发生器。
  • 微波频率产生:在这种情况下,二极管充当负电阻器件。
  • 单光子雪崩探测器:这是用于光级应用的高增益光子探测器。

18.可控硅

它由阳极、阴极和栅极三个端子组成。它几乎等同于肖克利二极管。顾名思义,它主要用于电路中施加小电压时的控制目的。可控硅整流器的符号如下所示:

可控硅

经营模式:

  1. 正向阻断模式(关闭状态):在此模式下,J1和J3正向偏置,J2反向偏置。它在导通电压以下提供高电阻,因此被称为断开状态。
  2. 正向传导模式(开启状态):通过增加阳极和阴极的电压或在栅极施加正脉冲,我们可以开启。关闭电源的唯一方法是减少流过它的电流。
  3. 反向阻断模式(off状态):阻断反向电压的可控硅称为不对称可控硅。主要用于电流源逆变器。

19.真空二极管

真空二极管由两个电极组成,分别作为阳极和阴极。阴极由钨构成,钨沿阳极方向发射电子。电子流总是只从阴极流向阳极。所以,它就像一个开关。

如果阴极涂有氧化物材料,则电子发射能力高。阳极尺寸有点长,在某些情况下,其表面粗糙,以降低二极管中形成的温度。二极管仅在一种情况下导通,即阳极相对于阴极端子为正极。该符号如图所示:

真空二极管

20.PIN二极管

普通P-N结二极管的改进版本提供了PIN二极管。PIN二极管中不需要掺杂。本征材料,即没有电荷载流子的材料,插入P区和N区之间,这增加了耗尽层的面积。

当我们施加正向偏压时,空穴和电子将被推入本征层。在某种程度上,由于这种高注入水平电场也将通过本征材料传导。该场使载流子从两个区域流动。PIN二极管的符号如下所示:

PIN二极管

PIN二极管应用:

  • 射频开关:PIN二极管用于信号和元件选择。例如,PIN二极管在低相位噪声振荡器中充当量程开关电感器。
  • 衰减器:在桥式T衰减器中用作电桥和分流电阻。
  • 光电探测器:它探测x射线和伽马射线光子。

21点接触装置

金丝或钨丝被用作点接触,通过通过高电流产生PN结区。如图所示,在连接金属板的导线边缘周围产生了一个小区域的PN结。

点接触装置

在正向上,其操作非常相似,但在反向偏压条件下,电线起到了绝缘体的作用。由于绝缘体位于极板之间,二极管起到了电容器的作用。通常,电容器阻挡直流电流,但交流电流可以在电路中以高频流动。因此,这些用于检测高频信号。

22耿恩二极管

Gunn二极管仅用n型半导体材料制造。两种n型材料的耗尽区很薄。当电路中的电压增加时,电流也增加。在一定电压水平后,电流会呈指数级减小,这就是负微分电阻。

它有两个带有砷化镓和磷化铟的电极。因此,它具有负差动电阻。它也被称为转移电子器件。它产生微波射频信号,因此主要用于微波射频器件。它也可以用作放大器。Gunn二极管的符号如下所示:

耿氏振荡器

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