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。本文将简要介绍不同类型的二极管及其基本功能和相应的电路符号。
大纲
简介
二极管是具有单向开关功能的双端电子设备/元件，也就是说，它们只允许电流沿一个方向流动。这些二极管是用硅、锗和砷化镓等半导体材料制造的。
二极管的两个终端被称为阳极和阴极。根据这两个端子之间的电位差，可以将二极管的操作分为两种:
- 如果阳极比阴极有更高的电位，那么二极管被称为正向偏压，它允许电流流动。
- 如果阴极比阳极有更高的电位，那么二极管被称为反向偏置，它不允许电流流动。
不同类型的二极管有不同的电压要求。对于硅二极管，正向电压是0.7V，对于锗二极管，正向电压是0.3V。通常，在硅二极管中，二极管一端的暗带表示阴极端，另一端为阳极。
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，并阻止电流在另一个方向流动，二极管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，其中一些列在下面。
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
它是一种具有非比例特性的小型器件，主要应用于高频和极低电流的应用领域，如收音机和电视等。为了保护二极管免受污染，它被玻璃包裹，所以它也被称为玻璃钝化二极管。1N4148是这种类型中最受欢迎的二极管之一。
在外观方面，信号二极管与功率二极管相比非常小。为了指示阴极端，有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是非常有效的。
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，这些分别在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的不同。
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是:
- 峰值反向电压(V公关它是在二极管击穿之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)。
- 峰值正向电流时的最大正向电压(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
这些二极管具有较大的PN结层。因此，它们通常用于整流，即将交流转换为直流。大PN结还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。
这些二极管的主要应用是在电源(整流器，转换器，逆变器，电池充电装置等)。在这些二极管中，正向电阻的值是几欧姆，反向阻塞电阻的值是兆欧姆。
由于它具有高的电流和电压性能，这些可以用于压制高峰值电压的电气设备。
3.齐纳二极管
这是一个被动的元素，在“齐纳分解”的原则下工作。Clarence Zener在1934年首次生产，它与正向偏置条件下的正常二极管类似，即，它允许电流流动。
但在反向偏置条件下，二极管只在外加电压达到击穿电压时才导电，称为齐纳击穿。它被设计用来防止其他半导体器件受到瞬时电压脉冲的影响。它充当稳压器。
4.发光二极管(LED)
这些二极管把电能转换成光能。第一次生产于1968年开始。在正向偏置条件下，它经历了空穴和电子重组产生光形式能量的电致发光过程。
在早期，led非常昂贵，只用于特殊的应用。但这些年来，led的成本已经显著下降。这一点以及它们非常节能的事实，使led成为家庭、办公室、街道(用于路灯和红绿灯)、汽车、手机的主要照明来源。
5.恒流二极管
它也被称为电流调节二极管或电流限制二极管或二极管连接晶体管。二极管的作用是在特定电流下调节电压。
它的功能是一个双端限流器。在这种情况下，JFET作为限流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形成的。因此，正向电压降降低到最小。半导体材料是n型硅，作为阳极，金属如铬，铂，钨等作为阴极。
由于金属结，这些二极管具有高的电流传导能力，因此开关时间缩短。因此，肖特基二极管在开关应用中有更大的用途。主要因为金属-半导体结，电压降很低，这反过来又提高了二极管的性能，减少了功率损失。因此，这些都用于高频整流器的应用。肖特基二极管的符号如下所示。
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。它等于一个没有门端子的可控硅，这意味着门端子是断开的。由于没有触发输入，二极管能传导的唯一方式是提供正向电压。
一旦打开“ON”它就会保持ON，一旦打开“OFF”它就会保持OFF。二极管有导电和非导电两种工作状态。在非导电状态下，二极管的导电电压较小。
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。
- 充当弛豫振荡器。
8.步恢复二极管
它也被称为快速二极管或电荷存储二极管。这是一种特殊类型的二极管，它存储来自正脉冲的电荷，并用于正弦信号的负脉冲。电流脉冲的上升时间等于猝发时间。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，接近千兆赫兹级。
作为倍增器，该二极管的截止频率范围为200至300 GHz。在10ghz频段的工作中，这些二极管起着至关重要的作用。低阶乘法器的效率较高。这个二极管的符号如下所示。
9.隧道二极管
用作高速开关，开关速度在几纳秒量级。由于隧道效应，它在微波频率区具有非常快的工作速度。这是一种掺杂浓度过高的双端装置。
瞬态响应受到结电容和杂散接线电容的限制。主要用于微波振荡器和放大器。它是最负导的器件。隧道二极管既可以机械调节，也可以用电调节。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
这些也被称为静脉曲张二极管。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。这些二极管是非常著名的，因为它的能力，改变电容范围内的电路在恒定的电压流存在。
他们可以改变电容到高值。在变容二极管中，我们可以通过改变反向偏置电压来减少或增加损耗层。这些二极管有许多应用，如手机电压控制振荡器，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，其有源区域由p-n结形成。电激光二极管是一种P-I-N型二极管，其有源区位于本征区。用于光纤通信，条码阅读器，激光笔，CD/DVD/蓝光读取和记录，激光打印。
激光二极管类型:
- 双异质结构激光器:自由电子和空穴同时存在于该区域。
- 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:这是异质结激光器，使激光作用在相对较长的波长。
- 独立约束异质结构激光器:为了补偿量子激光器中的薄层问题，我们采用独立约束异质结构激光器。
- 分布式布拉格反射器激光器:它可以是边缘发射激光器或VCSELS。
激光器的符号如下所示:
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。它们会破坏设备的输出响应。为了克服这个问题，使用了电压抑制二极管。电压抑制二极管的工作原理与齐纳二极管的工作原理相似。
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，其工作改变。在正常情况下，二极管的阻抗很高。当电路中发生任何瞬态电压时，二极管进入雪崩击穿区，其中提供了一个低阻抗。
这是非常自然的，因为雪崩崩溃的持续时间范围为Pico秒。瞬态电压抑制二极管将电压箝位到固定水平，其箝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等领域都有应用。它响应过电压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所示。
该二极管的特征是:
- 泄漏电流
- 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.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，反向偏压条件下的漏电流也更小。即使在较高的压降下，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和浪涌处理能力，具有P - N结二极管的低反向漏电流。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，它在半导体的双材料结处产生热量，热量从一个端流到另一个端。这种流动只在与电流方向相同的单一方向上进行。
这种热是由于少数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作热电冷却的传感器和热机。
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的接触压力。
在这种情况下，一根金属线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。这些二极管在本质上已经过时了。主要用于微波接收器和探测器。
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。在反向偏压条件下，由于P - N结产生电离而产生大电流。
这些二极管经过特殊设计，在特定的反向电压下进行击穿，以防止损坏。雪崩二极管符号如下图所示:
雪崩二极管使用
- 射频噪声产生:它作为天线分析仪桥接的射频源，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
它由阳极、阴极和栅极三个端子组成。它几乎等于肖克利二极管。顾名思义，它主要用于在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:
经营模式:
- 正向阻塞模式(关闭状态):此时J1和J3正向偏置，J2反向偏置。它提供高电阻低于突破电压，因此它被称为关闭状态。
- 正向传导模式(接通状态):通过增加阳极和阴极的电压或在栅极施加正脉冲，我们可以接通。关闭电源的唯一方法是减少通过它的电流。
- 反向阻塞模式(关闭状态):可控硅阻塞反向电压称为非对称可控硅。多用于电流源逆变器。
19.真空二极管
真空二极管由两个充当阳极和阴极的电极组成。阴极是由钨组成的，它向阳极的方向发射电子。电子流总是只从阴极流向阳极。它就像一个开关。
如果阴极表面涂有氧化物材料，则电子发射能力较高。阳极的尺寸有点长，在某些情况下，它们的表面是粗糙的，以减少在二极管中发展的温度。二极管只在一种情况下导通，即当阳极相对于阴极端为正极时。其符号如图所示:
20.PIN二极管
普通P-N结二极管的改进版本给出了PIN二极管。在PIN二极管中掺杂是不必要的。内在材料，即没有载流子的材料，被插入到P和N区域之间，这增加了损耗层的面积。
当我们施加正向偏置电压时，空穴和电子将被推入本征层。在某种程度上，由于这种高注射水平电场也会通过内在的物质传导。这个磁场使得载流子从两个区域流动。PIN二极管符号如下图所示:
PIN二极管的应用:
- 射频开关:PIN二极管用于信号和元件的选择。例如，PIN二极管在低相位噪声振荡器中充当距离开关电感。
- 衰减器:在桥- t衰减器中用作桥阻和分流电阻。
- 照片探测器:它检测x射线和伽马射线光子。
21.点接触设备
用金丝或钨丝作为点触点，通过高电流产生PN结区。如图所示，在与金属板相连的导线边缘周围产生了一个小的PN结区域。
在正向时，它的工作原理非常相似，但在反向偏压条件下，导线就像绝缘体一样。由于绝缘体位于板与板之间，二极管充当了电容器的作用。通常情况下，电容可以阻挡直流电流，但交流电流可以在电路中以高频流动。这些是用来检测高频信号的。
22.耿氏振荡器
冈恩二极管仅用n型半导体材料制成。两种n型材料的损耗区非常薄。当电路中的电压增加时，电流也会增加。当电压达到一定水平后，电流会呈指数下降，因此表现为负的微分电阻。
它有两个电极砷化镓和磷化铟。因此，它具有负的微分电阻。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中。它也可以用作放大器。冈恩二极管的符号如下所示:
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