二極管的特性與應用

 

幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導體二極管，它在許多的電路中起著(zhù)重要的作用，它是誕生最早的半導體器件之一，其應用也非常廣泛。

 

二、根據用途分類(lèi)

 

1、檢波用二極管

 

就原理而言，從輸入信號中取出調制信號是檢波，以整流電流的大?。?00mA）作為界線(xiàn)通常把輸出電流小于100mA的叫檢波。鍺材料點(diǎn)接觸型、工作頻率可達400MHz，正向壓降小，結電容小，檢波效率高，頻率特性好，為2AP型。類(lèi)似點(diǎn)觸型那樣檢波用的二極管，除用于檢波外，還能夠用于限幅、削波、調制、混頻、開(kāi)關(guān)等電路。也有為調頻檢波專(zhuān)用的特性一致性好的兩只二極管組合件。

 

2、整流用二極管

 

就原理而言，從輸入交流中得到輸出的直流是整流。以整流電流的大?。?00mA）作為界線(xiàn)通常把輸出電流大于100mA的叫整流。面結型，工作頻率小于KHz，最高反向電壓從25伏至3000伏分A～X共22檔。分類(lèi)如下：①硅半導體整流二極管2CZ型、②硅橋式整流器QL型、③用于電視機高壓硅堆工作頻率近100KHz的2CLG型。

 

3、限幅用二極管

 

大多數二極管能作為限幅使用。也有象保護儀表用和高頻齊納管那樣的專(zhuān)用限幅二極管。為了使這些二極管具有特別強的限制尖銳振幅的作用，通常使用硅材料制造的二極管。也有這樣的組件出售：依據限制電壓需要，把若干個(gè)必要的整流二極管串聯(lián)起來(lái)形成一個(gè)整體。

 

4、調制用二極管

 

通常指的是環(huán)形調制專(zhuān)用的二極管。就是正向特性一致性好的四個(gè)二極管的組合件。即使其它變容二極管也有調制用途，但它們通常是直接作為調頻用。

 

5、混頻用二極管

 

使用二極管混頻方式時(shí)，在500～10,000Hz的頻率范圍內，多采用肖特基型和點(diǎn)接觸型二極管。

 

6、放大用二極管

 

用二極管放大，大致有依靠隧道二極管和體效應二極管那樣的負阻性器件的放大，以及用變容二極管的參量放大。因此，放大用二極管通常是指隧道二極管、體效應二極管和變容二極管。

 

7、開(kāi)關(guān)用二極管

 

有在小電流下（10mA程度）使用的邏輯運算和在數百毫安下使用的磁芯激勵用開(kāi)關(guān)二極管。小電流的開(kāi)關(guān)二極管通常有點(diǎn)接觸型和鍵型等二極管，也有在高溫下還可能工作的硅擴散型、臺面型和平面型二極管。開(kāi)關(guān)二極管的特長(cháng)是開(kāi)關(guān)速度快。而肖特基型二極管的開(kāi)關(guān)時(shí)間特短，因而是理想的開(kāi)關(guān)二極管。2AK型點(diǎn)接觸為中速開(kāi)關(guān)電路用；2CK型平面接觸為高速開(kāi)關(guān)電路用；用于開(kāi)關(guān)、限幅、鉗位或檢波等電路；肖特基（SBD）硅大電流開(kāi)關(guān)，正向壓降小，速度快、效率高。

 

8、變容二極管

 

用于自動(dòng)頻率控制（AFC）和調諧用的小功率二極管稱(chēng)變容二極管。日本廠(chǎng)商方面也有其它許多叫法。通過(guò)施加反向電壓， 使其PN結的靜電容量發(fā)生變化。因此，被使用于自動(dòng)頻率控制、掃描振蕩、調頻和調諧等用途。通常，雖然是采用硅的擴散型二極管，但是也可采用合金擴散型、外延結合型、雙重擴散型等特殊制作的二極管，因為這些二極管對于電壓而言，其靜電容量的變化率特別大。結電容隨反向電壓VR變化，取代可變電容，用作調諧回路、振蕩電路、鎖相環(huán)路，常用于電視機高頻頭的頻道轉換和調諧電路，多以硅材料制作。

 

9、頻率倍增用二極管

 

對二極管的頻率倍增作用而言，有依靠變容二極管的頻率倍增和依靠階躍（即急變）二極管的頻率倍增。頻率倍增用的變容二極管稱(chēng)為可變電抗器，可變電抗器雖然和自動(dòng)頻率控制用的變容二極管的工作原理相同，但電抗器的構造卻能承受大功率。階躍二極管又被稱(chēng)為階躍恢復二極管，從導通切換到關(guān)閉時(shí)的反向恢復時(shí)間trr短，因此，其特長(cháng)是急速地變成關(guān)閉的轉移時(shí)間顯著(zhù)地短。如果對階躍二極管施加正弦波，那么，因tt（轉移時(shí)間）短，所以輸出波形急驟地被夾斷，故能產(chǎn)生很多高頻諧波。

 

10、穩壓二極管

 

是代替穩壓電子二極管的產(chǎn)品。被制作成為硅的擴散型或合金型。是反向擊穿特性曲線(xiàn)急驟變化的二極管。作為控制電壓和標準電壓使用而制作的。二極管工作時(shí)的端電壓（又稱(chēng)齊納電壓）從3V左右到150V，按每隔10%，能劃分成許多等級。在功率方面，也有從200mW至100W以上的產(chǎn)品。工作在反向擊穿狀態(tài)，硅材料制作，動(dòng)態(tài)電阻RZ很小，一般為2CW型；將兩個(gè)互補二極管反向串接以減少溫度系數則為2DW型。

 

11、PIN型二極管（PIN Diode）

 

這是在P區和N區之間夾一層本征半導體（或低濃度雜質(zhì)的半導體）構造的晶體二極管。PIN中的I是"本征"意義的英文略語(yǔ)。當其工作頻率超過(guò)100MHz時(shí)，由于少數載流子的存貯效應和"本征"層中的渡越時(shí)間效應，其二極管失去整流作用而變成阻抗元件，并且，其阻抗值隨偏置電壓而改變。在零偏置或直流反向偏置時(shí)，"本征"區的阻抗很高；在直流正向偏置時(shí)，由于載流子注入"本征"區，而使"本征"區呈現出低阻抗狀態(tài)。因此，可以把PIN二極管作為可變阻抗元件使用。它常被應用于高頻開(kāi)關(guān)（即微波開(kāi)關(guān)）、移相、調制、限幅等電路中。

 

12、 雪崩二極管 (Avalanche Diode)

 

它是在外加電壓作用下可以產(chǎn)生高頻振蕩的晶體管。產(chǎn)生高頻振蕩的工作原理是欒的：利用雪崩擊穿對晶體注入載流子，因載流子渡越晶片需要一定的時(shí)間，所以其電流滯后于電壓，出現延遲時(shí)間，若適當地控制渡越時(shí)間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會(huì )出現負阻效應，從而產(chǎn)生高頻振蕩。它常被應用于微波領(lǐng)域的振蕩電路中。

 

13、江崎二極管 （Tunnel Diode）

 

它是以隧道效應電流為主要電流分量的晶體二極管。其基底材料是砷化鎵和鍺。其P型區的N型區是高摻雜的（即高濃度雜質(zhì)的）。隧道電流由這些簡(jiǎn)并態(tài)半導體的量子力學(xué)效應所產(chǎn)生。發(fā)生隧道效應具備如下三個(gè)條件：①費米能級位于導帶和滿(mǎn)帶內；②空間電荷層寬度必須很窄（0.01微米以下）；簡(jiǎn)并半導體P型區和N型區中的空穴和電子在同一能級上有交疊的可能性。江崎二極管為雙端子有源器件。其主要參數有峰谷電流比（IP／PV），其中，下標"P"代表"峰"；而下標"V"代表"谷"。江崎二極管可以被應用于低噪聲高頻放大器及高頻振蕩器中（其工作頻率可達毫米波段），也可以被應用于高速開(kāi)關(guān)電路中。

 

14、快速關(guān)斷（階躍恢復）二極管 (Step Recovary Diode)

 

它也是一種具有PN結的二極管。其結構上的特點(diǎn)是：在PN結邊界處具有陡峭的雜質(zhì)分布區，從而形成"自助電場(chǎng)"。由于PN結在正向偏壓下，以少數載流子導電，并在PN結附近具有電荷存貯效應，使其反向電流需要經(jīng)歷一個(gè)"存貯時(shí)間"后才能降至最小值（反向飽和電流值）。階躍恢復二極管的"自助電場(chǎng)"縮短了存貯時(shí)間，使反向電流快速截止，并產(chǎn)生豐富的諧波分量。利用這些諧波分量可設計出梳狀頻譜發(fā)生電路?？焖訇P(guān)斷（階躍恢復）二極管用于脈沖和高次諧波電路中。

 

15、肖特基二極管 （Schottky Barrier Diode）

 

它是具有肖特基特性的"金屬半導體結"的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除材料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導體材料采用硅或砷化鎵，多為N型半導體。這種器件是由多數載流子導電的，所以，其反向飽和電流較以少數載流子導電的PN結大得多。由于肖特基二極管中少數載流子的存貯效應甚微，所以其頻率響僅為RC時(shí)間常數限制，因而，它是高頻和快速開(kāi)關(guān)的理想器件。其工作頻率可達100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導體）肖特基二極管可以用來(lái)制作太陽(yáng)能電池或發(fā)光二極管。

 

16、阻尼二極管

 

具有較高的反向工作電壓和峰值電流，正向壓降小，高頻高壓整流二極管，用在電視機行掃描電路作阻尼和升壓整流用。

 

17、瞬變電壓抑制二極管

 

TVP管，對電路進(jìn)行快速過(guò)壓保護，分雙極型和單極型兩種，按峰值功率（500W－5000W）和電壓（8.2V～200V）分類(lèi)。

 

18、雙基極二極管（單結晶體管）

 

兩個(gè)基極，一個(gè)發(fā)射極的三端負阻器件，用于張馳振蕩電路，定時(shí)電壓讀出電路中，它具有頻率易調、溫度穩定性好等優(yōu)點(diǎn)。

 

19、發(fā)光二極管

 

用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成，體積小，正向驅動(dòng)發(fā)光。工作電壓低，工作電流小，發(fā)光均勻、壽命長(cháng)、可發(fā)紅、黃、綠單色光。

 

三、根據特性分類(lèi)

 

點(diǎn)接觸型二極管，按正向和反向特性分類(lèi)如下。

 

1、一般用點(diǎn)接觸型二極管

 

這種二極管正如標題所說(shuō)的那樣，通常被使用于檢波和整流電路中，是正向和反向特性既不特別好，也不特別壞的中間產(chǎn)品。如：SD34、SD46、1N34A等等屬于這一類(lèi)。

 

2、高反向耐壓點(diǎn)接觸型二極管

 

是最大峰值反向電壓和最大直流反向電壓很高的產(chǎn)品。使用于高壓電路的檢波和整流。這種型號的二極管一般正向特性不太好或一般。在點(diǎn)接觸型鍺二極管中，有SD38、1N38A、OA81等等。這種鍺材料二極管，其耐壓受到限制。要求更高時(shí)有硅合金和擴散型。

 

3、高反向電阻點(diǎn)接觸型二極管

 

正向電壓特性和一般用二極管相同。雖然其反方向耐壓也是特別地高，但反向電流小，因此其特長(cháng)是反向電阻高。使用于高輸入電阻的電路和高阻負荷電阻的電路中，就鍺材料高反向電阻型二極管而言，SD54、1N54A等等屬于這類(lèi)二極管。

 

4、高傳導點(diǎn)接觸型二極管

 

它與高反向電阻型相反。其反向特性盡管很差，但使正向電阻變得足夠小。對高傳導點(diǎn)接觸型二極管而言，有SD56、1N56A等等。對高傳導鍵型二極管而言，能夠得到更優(yōu)良的特性。這類(lèi)二極管，在負荷電阻特別低的情況下，整流效率較高。

 

 

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