二極管的特性與應(yīng)用

 

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

 

二、根據(jù)用途分類

 

1、檢波用二極管

 

就原理而言，從輸入信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)是檢波，以整流電流的大小（100mA）作為界線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(dá)400MHz，正向壓降小，結(jié)電容小，檢波效率高，頻率特性好，為2AP型。類似點(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(diào)制、混頻、開關(guān)等電路。也有為調(diào)頻檢波專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）作為界線通常把輸出電流大于100mA的叫整流。面結(jié)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。分類如下：①硅半導(dǎo)體整流二極管2CZ型、②硅橋式整流器QL型、③用于電視機(jī)高壓硅堆工作頻率近100KHz的2CLG型。

 

3、限幅用二極管

 

大多數(shù)二極管能作為限幅使用。也有象保護(hù)儀表用和高頻齊納管那樣的專用限幅二極管。為了使這些二極管具有特別強(qiáng)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(jù)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(diào)制用二極管

 

通常指的是環(huán)形調(diào)制專用的二極管。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?nèi)荻O管也有調(diào)制用途，但它們通常是直接作為調(diào)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(nèi)，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(yīng)二極管那樣的負(fù)阻性器件的放大，以及用變?nèi)荻O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(yīng)二極管和變?nèi)荻O管。

 

7、開關(guān)用二極管

 

有在小電流下（10mA程度）使用的邏輯運(yùn)算和在數(shù)百毫安下使用的磁芯激勵(lì)用開關(guān)二極管。小電流的開關(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(kuò)散型、臺(tái)面型和平面型二極管。開關(guān)二極管的特長(zhǎng)是開關(guān)速度快。而肖特基型二極管的開關(guān)時(shí)間特短，因而是理想的開關(guān)二極管。2AK型點(diǎn)接觸為中速開關(guān)電路用；2CK型平面接觸為高速開關(guān)電路用；用于開關(guān)、限幅、鉗位或檢波等電路；肖特基（SBD）硅大電流開關(guān)，正向壓降小，速度快、效率高。

 

8、變?nèi)荻O管

 

用于自動(dòng)頻率控制（AFC）和調(diào)諧用的小功率二極管稱變?nèi)荻O管。日本廠商方面也有其它許多叫法。通過(guò)施加反向電壓， 使其PN結(jié)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(diào)頻和調(diào)諧等用途。通常，雖然是采用硅的擴(kuò)散型二極管，但是也可采用合金擴(kuò)散型、外延結(jié)合型、雙重?cái)U(kuò)散型等特殊制作的二極管，因?yàn)檫@些二極管對(duì)于電壓而言，其靜電容量的變化率特別大。結(jié)電容隨反向電壓VR變化，取代可變電容，用作調(diào)諧回路、振蕩電路、鎖相環(huán)路，常用于電視機(jī)高頻頭的頻道轉(zhuǎn)換和調(diào)諧電路，多以硅材料制作。

 

9、頻率倍增用二極管

 

對(duì)二極管的頻率倍增作用而言，有依靠變?nèi)荻O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?nèi)荻O管稱為可變電抗器，可變電抗器雖然和自動(dòng)頻率控制用的變?nèi)荻O管的工作原理相同，但電抗器的構(gòu)造卻能承受大功率。階躍二極管又被稱為階躍恢復(fù)二極管，從導(dǎo)通切換到關(guān)閉時(shí)的反向恢復(fù)時(shí)間trr短，因此，其特長(zhǎng)是急速地變成關(guān)閉的轉(zhuǎn)移時(shí)間顯著地短。如果對(duì)階躍二極管施加正弦波，那么，因tt（轉(zhuǎn)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(wěn)壓二極管

 

是代替穩(wěn)壓電子二極管的產(chǎn)品。被制作成為硅的擴(kuò)散型或合金型。是反向擊穿特性曲線急驟變化的二極管。作為控制電壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓使用而制作的。二極管工作時(shí)的端電壓（又稱齊納電壓）從3V左右到150V，按每隔10%，能劃分成許多等級(jí)。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(bǔ)二極管反向串接以減少溫度系數(shù)則為2DW型。

 

11、PIN型二極管（PIN Diode）

 

這是在P區(qū)和N區(qū)之間夾一層本征半導(dǎo)體（或低濃度雜質(zhì)的半導(dǎo)體）構(gòu)造的晶體二極管。PIN中的I是"本征"意義的英文略語(yǔ)。當(dāng)其工作頻率超過(guò)100MHz時(shí)，由于少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)和"本征"層中的渡越時(shí)間效應(yīng)，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(qū)的阻抗很高；在直流正向偏置時(shí)，由于載流子注入"本征"區(qū)，而使"本征"區(qū)呈現(xiàn)出低阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，可以把PIN二極管作為可變阻抗元件使用。它常被應(yīng)用于高頻開關(guān)（即微波開關(guān)）、移相、調(diào)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(duì)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(xiàn)延遲時(shí)間，若適當(dāng)?shù)乜刂贫稍綍r(shí)間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會(huì)出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，從而產(chǎn)生高頻振蕩。它常被應(yīng)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(yīng)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(qū)的N型區(qū)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(dǎo)體的量子力學(xué)效應(yīng)所產(chǎn)生。發(fā)生隧道效應(yīng)具備如下三個(gè)條件：①費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶和滿帶內(nèi)；②空間電荷層寬度必須很窄（0.01微米以下）；簡(jiǎn)并半導(dǎo)體P型區(qū)和N型區(qū)中的空穴和電子在同一能級(jí)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(shù)有峰谷電流比（IP／PV），其中，下標(biāo)"P"代表"峰"；而下標(biāo)"V"代表"谷"。江崎二極管可以被應(yīng)用于低噪聲高頻放大器及高頻振蕩器中（其工作頻率可達(dá)毫米波段），也可以被應(yīng)用于高速開關(guān)電路中。

 

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

 

它也是一種具有PN結(jié)的二極管。其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是：在PN結(jié)邊界處具有陡峭的雜質(zhì)分布區(qū)，從而形成"自助電場(chǎng)"。由于PN結(jié)在正向偏壓下，以少數(shù)載流子導(dǎo)電，并在PN結(jié)附近具有電荷存貯效應(yīng)，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(fù)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(shè)計(jì)出梳狀頻譜發(fā)生電路?？焖訇P(guān)斷（階躍恢復(fù)）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(dǎo)體結(jié)"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(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵，多為N型半導(dǎo)體。這種器件是由多數(shù)載流子導(dǎo)電的，所以，其反向飽和電流較以少數(shù)載流子導(dǎo)電的PN結(jié)大得多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)甚微，所以其頻率響僅為RC時(shí)間常數(shù)限制，因而，它是高頻和快速開關(guān)的理想器件。其工作頻率可達(dá)100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導(dǎo)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(jī)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(duì)電路進(jìn)行快速過(guò)壓保護(hù)，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。

 

18、雙基極二極管（單結(jié)晶體管）

 

兩個(gè)基極，一個(gè)發(fā)射極的三端負(fù)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(diào)、溫度穩(wěn)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(qū)動(dòng)發(fā)光。工作電壓低，工作電流小，發(fā)光均勻、壽命長(zhǎng)、可發(fā)紅、黃、綠單色光。

 

三、根據(jù)特性分類

 

點(diǎn)接觸型二極管，按正向和反向特性分類如下。

 

1、一般用點(diǎn)接觸型二極管

 

這種二極管正如標(biāo)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。

 

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(hào)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(kuò)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(zhǎng)是反向電阻高。使用于高輸入電阻的電路和高阻負(fù)荷電阻的電路中，就鍺材料高反向電阻型二極管而言，SD54、1N54A等等屬于這類二極管。

 

4、高傳導(dǎo)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(duì)高傳導(dǎo)點(diǎn)接觸型二極管而言，有SD56、1N56A等等。對(duì)高傳導(dǎo)鍵型二極管而言，能夠得到更優(yōu)良的特性。這類二極管，在負(fù)荷電阻特別低的情況下，整流效率較高。

 

 

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