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。本文将简要介绍具有基本功能的不同类型二极管及其电路符号。
简介
二极管是一种电子元件,功能像一个单向阀,这意味着它允许电流在一个方向流动。这些二极管是由半导体材料锗、硅和硒制造的。二极管的操作可以分为两种方式,如果它允许电流,那么它是正向偏置,否则它是反向偏置。
不同类型的二极管有不同的电压要求。硅二极管的正向电压为0.7v,锗二极管的正向电压为0.3v。在硅二极管中,暗带表示阴极端,另一端表示阳极。一般采用二极管作为反极性保护器和瞬态保护器。有许多类型的二极管,其中一些列如下。
不同类型的二极管
现在让我们简单地看看几种常用的二极管。
1.小信号二极管
它是一种具有非比例特性的小器件,主要应用于高频、极低电流的器件,如收音机、电视机等。为了保护二极管不受污染,它被玻璃包裹,因此也被称为玻璃钝化二极管,广泛用于1N4148。
与功率二极管相比,信号二极管的外形非常小。为表示阴极端子,一端用黑色或红色标记。对于高频应用,小信号二极管的性能是非常有效的。
对于信号二极管的功能频率,电流和功率的承载能力都很低,在150mA和500mW附近最大。
信号二极管是硅掺杂半导体二极管或锗掺杂二极管,但根据掺杂材料的不同,二极管的特性也不同。在信号二极管中,掺硅二极管的特性与掺锗二极管的特性大致相反。
硅信号二极管在耦合处有很高的电压降,大约0.6到0.7伏特,所以它有很高的电阻,但正向电阻很低。另一方面,由于接近0.2 ~ 0.3伏特的低电压降,锗信号二极管具有低电阻和高正向电阻。小信号二极管由于信号小,功能点不受干扰。
2.大信号二极管
这些二极管有较大的PN结层。因此交流电到直流电的转换是无界的。这也增加了电流的正向容量和反向阻塞电压。这些大信号也会干扰功能点。因此,它不适合高频应用。
这些二极管的主要应用是在电池充电设备,如逆变器。在这些二极管中,正向电阻的范围是欧姆,反向阻塞电阻的范围是兆欧姆。由于它具有高电流和电压性能,可用于抑制高峰值电压的电气设备。
3.齐纳二极管
它是在齐纳击穿原理下工作的一种被动元件。1934年由克拉伦斯·齐纳首次制作。它在正向方向上与普通二极管相似,当施加的电压达到击穿电压时,它也允许电流反向。它的设计目的是防止其他半导体器件受到瞬间电压脉冲的影响。它充当电压调节器。
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。它在正向偏压条件下经历了空穴与电子复合产生光形式能量的电致发光过程。
早期它们用于电感灯,但现在在最近的应用中它们被用于环境和任务处理。主要用于航空照明,交通信号,相机闪光灯等应用。
5.恒流二极管
它也被称为电流调节二极管或恒流二极管或限流二极管或二极管连接晶体管。二极管的作用是在特定的电流下调节电压。
它的功能是一个两端限流器。JFET作为限流器实现高输出阻抗。恒流二极管符号如下所示。
6.肖特基二极管
在这类二极管中,结是通过半导体材料与金属接触而形成的。因此,正向压降降到了最小。半导体材料是n型硅,作为阳极,金属作为阴极,材料是铬,铂,钨等。
由于采用了金属结,这些二极管具有高的电流传导能力,从而减少了开关时间。因此,肖特基在开关应用中有更大的用途。由于采用了金属-半导体结,电压降较低,从而提高了二极管的性能,降低了功率损耗。因此,这些都是用于高频整流应用。肖特基二极管的符号如下图所示。
7.肖克利二极管
这是第一个半导体器件的发明它有四层。它也被称为PNPN二极管。它等于一个没有栅极的晶闸管,这意味着栅极端是断开的。由于没有触发输入,二极管可以传导的唯一方式是提供正向电压。
它一直开着,一直开着,一直关着。二极管有导通和非导通两种工作状态。在非导电状态下,二极管的导电电压较低。
肖克利二极管的符号如下:
肖克利二极管的应用
- 可控硅触发开关。
- 作为弛豫振荡器。
8.步恢复二极管
它也被称为断开二极管或电荷存储二极管。这是一种特殊类型的二极管,它存储正脉冲的电荷,并用于正弦信号的负脉冲。电流脉冲的上升时间等于瞬间停止时间。由于这种现象,它具有快速恢复脉冲。
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,接近千兆赫级。
作为倍增器,该二极管的截止频率范围为200 ~ 300 GHz。在10 GHz范围的操作中,这些二极管起着至关重要的作用。对于低阶乘法器,效率较高。这个二极管的符号如下所示。
隧道二极管
用于高速开关,量级为纳秒级。由于隧道效应,它在微波频段运行速度非常快。它是一种掺杂剂浓度过高的两端装置。
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。它是最负电导的装置。隧道二极管可以通过机械和电气两种方式进行调谐。隧道二极管的符号如下图所示。
隧道二极管的应用
- 振荡电路。
- 微波电路。
- 抗核辐射的。
10.变容二极管
这些也被称为Varicap二极管。它就像可变电容器一样。操作主要只在反向偏置状态下进行。这些二极管是非常著名的,因为它的能力改变电容范围内的电路在恒压流存在。
它们能够将电容变化到高值。在变容二极管中,通过改变反向偏置电压,可以减小或增大耗尽层。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。变容二极管的符号如下。
变容二极管的应用
- 压控电容器。
- 压控振荡器。
- 参数放大器。
- 频率因子。
- 收音机、电视机和移动电话中的调频发射机和锁相环。
11.激光二极管
类似于由p-n结形成有源区的LED。电激光二极管是一种有源区位于本征区的p-i-n型二极管。应用于光纤通信、条形码阅读器、激光笔、CD/DVD/蓝光读取和记录、激光打印。
激光二极管类型:
- 双异质结激光器:自由电子和空穴在该区域同时可用。
- 量子阱激光器:具有多个量子阱的激光器称为多量子阱激光器。
- 量子级联激光器:这些是异质结激光器,使激光作用在相对较长的波长。
- 分离约束异质结构激光器:为了弥补量子激光器中的薄层问题,我们采用了单独约束异质结构激光器。
- 分布式布拉格反射激光器:它可以是边缘发射激光器或VCSELS。
激光二极管标志如图所示:
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,会发生瞬态变化。它们将破坏设备的输出响应。为了克服这一问题,采用了电压抑制二极管。电压抑制二极管的工作原理与齐纳二极管类似。
这些二极管的工作是正常的p-n结二极管,但在瞬态电压时,其工作发生变化。在正常情况下,二极管的阻抗高。当电路中发生瞬态电压时,二极管进入提供低阻抗的雪崩击穿区域。
它自发地非常快,因为雪崩击穿的持续时间在Pico秒内。瞬态电压抑制二极管会将电压箝位到固定水平,其箝位电压大多在最小范围内。
这些应用领域包括电信、医疗、微处理器和信号处理。它对过电压的反应比压敏电阻或气体放电管更快。
瞬态电压抑制二极管的符号如下图所示。
二极管的特点是
- 泄漏电流
- 最大反向隔离电压
- 击穿电压
- 钳位电压
- 寄生capacitience
- 寄生电感
- 它能吸收的能量
13.黄金掺杂二极管
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,反向偏置情况下的漏电流也较小。即使在更高的电压降下,它也允许二极管在信号频率下工作。在这些二极管中,金有助于少数载流子更快地重组。
14.超级势垒二极管
它是一种整流二极管,具有肖特基二极管那样的低正向压降和浪涌处理能力,同时具有p-n结二极管那样的低反向漏电流。它是专为高功率、快速开关和低损耗应用而设计的。超势垒整流器是比肖特基二极管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,在半导体的两种材料的连接处,它产生的热量从一个端子流向另一个端子。这种流动只在与电流流动方向相等的单一方向上进行。
这种热量是由于少数电荷载流子复合产生的电荷而产生的。这主要用于冷却和加热应用。这种类型的二极管用于传感器和热机的热电冷却。
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,有一根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,金属线充当阳极。这些二极管在本质上是过时的。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
- 晶体二极管检波器
- 水晶无线电接收机
17.雪崩二极管
这是被动元件在雪崩击穿原理下工作。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,产生了大电流。
这些二极管是专门设计的,可以在特定的反向电压下击穿,以防止损坏。雪崩二极管符号如下图所示:
雪崩二极管使用
- 射频噪声生成:它是天线分析桥的射频源,也是白噪声发生器。用于无线电设备,也用于硬件随机数发生器。
- 微波频率生成:在这种情况下,二极管充当负电阻装置。
- 单光子雪崩探测器:这些是用于光级应用的高增益光子探测器。
18.可控硅
它由三个端子组成:阳极、阴极和栅极。它几乎等于肖克利二极管。顾名思义,它主要用于电路中施加小电压时的控制目的。可控硅整流器符号如下图所示:
经营模式:
- 正向阻塞模式(off状态):j1和j3正向偏压,j2反向偏压。它在导通电压以下具有很高的电阻,因此被称为断开状态。
- 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。关闭的唯一方法是减少流过它的电流。
- 反向阻断模式(关断状态):可控硅阻断反向电压称为非对称可控硅。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,它们分别充当阳极和阴极。阴极由钨组成,钨向阳极方向发射电子。电子流始终只从阴极流向阳极。所以,它就像一个开关。
如果阴极上涂有氧化物材料,则电子发射能力较高。阳极在尺寸上有点长,在某些情况下,它们的表面是粗糙的,以降低在二极管中发展的温度。二极管将只在一种情况下,即当阳极是积极的阴极端子。符号如图所示:
20.PIN二极管
改进版的普通P-N结二极管给出PIN二极管。在PIN二极管中,不需要掺杂。本征材料是指在P区和N区之间插入无载流子的材料,这增加了耗尽层的面积。
当我们施加正向偏置电压时,空穴和电子将被推入本征层。在某一时刻,由于高注入水平,电场也会通过本征材料。这个磁场使载体从两个区域流动。PIN二极管符号如图所示:
PIN二极管的应用:
- 射频开关:管脚二极管用于信号和元件的选择。例如,引脚二极管在低相位噪声振荡器中充当范围开关电感。
- 衰减器:用作桥t衰减器中的桥电阻和分流电阻。
- 图片探测器:它能探测到x射线和伽马射线光子。
21.点接触设备
采用金线或钨丝作为点接触点,通过大电流通过产生PN结区。如图所示,在与金属板相连接的导线边缘产生一个PN结的小区域。
在正反偏的情况下,它的作用是相似的,但在反向偏置的情况下,它的作用就像绝缘体一样。由于这个绝缘体位于两板之间,所以二极管充当电容器。一般来说,当交流电流在电路中以高频率流动时,电容器阻塞直流电流。这些是用来检测高频信号的。
22.耿氏振荡器
Gunn二极管是只用n型半导体材料制作的。两种n型材料的耗尽区都很薄。当电路中的电压增加时,电流也增加。在电压达到一定水平后,电流将呈指数下降,从而表现出负的微分电阻。
它有砷化镓和磷化铟两个电极,因此它有负的微分电阻。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。冈恩二极管的符号如下图所示:
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