不同类型的二极管介绍

二极管是用作单向开关的两端电子设备/组件，即它们只允许电流沿一个方向流动。这些二极管使用硅、锗和砷化镓等半导体材料制造。

二极管的两个端子称为阳极和阴极。根据这两个端子之间的电位差，二极管的操作可以分为两种方式：

如果阳极的电位高于阴极，则二极管称为正向偏置，它允许电流流动。

如果阴极的电位高于阳极，则二极管称为反向偏置，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，另一端是阳极。

二极管的主要应用之一是整流，即将交流电转换为直流电。由于二极管只允许电流在一个方向上流动，而阻止电流在另一个方向上流动，因此二极管用于反极性保护器和瞬态保护器应用。

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

现在让我们简要介绍几种常见的二极管类型。

1.小信号二极管

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

外观方面，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，但二极管的特性因掺杂材料而异。

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） – 这是二极管击穿之前可以施加到二极管的最大反向电压。

反向电流 （IR） – 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

这些二极管具有较大的PN结层。因此，它们通常用于整流，即将交流电转换为直流电。大PN结还增加了二极管的正向载流能力和反向阻断电压。大信号二极管不适合高频应用。

这些二极管的主要应用是电源（整流器、转换器、逆变器、电池充电设备等）。在这些二极管中，正向电阻的值为几欧姆，反向阻断电阻的值为兆欧姆。

由于它具有高电流和电压性能，因此可用于抑制高峰值电压的电气设备。

3.齐纳二极管

它是一种在“齐纳击穿”原理下工作的无源元件。它由克拉伦斯齐纳于1934年首次生产，在正向偏置条件下类似于普通二极管，即它允许电流流动。

但在反向偏置条件下，二极管仅在施加的电压达到击穿电压时导通，称为齐纳击穿。它旨在防止其他半导体器件产生瞬时电压脉冲。它充当电压调节器。

4. 发光二极管 （LED）

这些二极管将电能转换为光能。1968年开始首次生产。它经历电致发光过程，其中空穴和电子重新结合以正向偏置条件下以光的形式产生能量。

在早期，LED非常昂贵，并且仅用于特殊应用。但多年来，LED的成本已经大幅下降。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（用于街道照明以及交通信号灯），汽车，手机的主要照明源。

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的晶体管。二极管的功能是调节特定电流下的电压。

它用作两端电流限制器。在这种情况下，JFET充当限流器以实现高输出阻抗。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，正向压降降至最低。半导体材料是N型硅，充当阳极和金属，如铬，铂，钨等。充当阴极。

由于金属结，这些二极管具有高导流能力，因此减少了开关时间。因此，肖特基二极管在开关应用中有更大的用途。主要是因为金属-半导体结，压降低，这反过来又提高了二极管性能并降低了功率损耗。因此，这些用于高频整流器应用。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。它等于没有栅极端子的晶闸管，这意味着栅极端子是断开的。由于没有触发输入，二极管可以导通的唯一方法是提供正向电压。

一旦它打开“，它就会保持打开状态，一旦它关闭”它就会保持关闭状态。二极管有两种工作状态导通和非导通。在不导电状态下，二极管以较低的电压导通。

肖克利二极管的符号如下：

肖克利二极管应用

用于 SCR 的触发开关。

充当松弛振荡器。

8.阶跃恢复二极管

它也被称为弹断二极管或电荷存储二极管。这些是特殊类型的二极管，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快照时间。由于这种现象，它具有速度恢复脉冲。

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，接近千兆赫兹量级。

作为乘法器，该二极管的截止频率范围为200至300 GHz。在 10 GHz 范围内执行的操作中，这些二极管起着至关重要的作用。对于低阶乘法器，效率很高。该二极管的符号如下所示。

9. 隧道二极管

它用作高速开关，开关速度约为几纳秒。由于隧穿效应，它在微波频率区域具有非常快的操作。它是一种双端装置，其中掺杂剂浓度过高。

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。它充当最负电导的设备。隧道二极管可以进行机械和电气调谐。隧道二极管的符号如下图所示。

隧道二极管应用

振荡电路。

微波电路。

耐核辐射。

10.变容二极管

这些也被称为变电容二极管。它的作用类似于可变电容器。操作主要仅在反向偏置状态下执行。这些二极管非常有名，因为它能够在恒压流下改变电路内的电容范围。

它们能够改变电容至高值。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耗尽层。这些二极管有许多应用，可用作手机的压控振荡器、卫星预滤波器等。变容二极管的符号如下。

变容二极管应用

压控电容器

压控振荡器

参数放大器

倍频器

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的有源区域由p-n结形成。电激光二极管是 P-I-N 二极管，其中有源区域位于固有区域。用于光纤通信，条形码阅读器，激光指示器，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：该区域同时提供自由电子和空穴。

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，可以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，我们使用单独的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。

激光二极管的符号如图所示：

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，会发生瞬变。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类似于齐纳二极管的操作。

这些二极管的工作与p-n结二极管一样正常，但在瞬态电压时其工作会发生变化。在正常情况下，二极管的阻抗很高。当电路中出现任何瞬态电压时，二极管进入提供低阻抗的雪崩击穿区域。

这是非常自发的，因为雪崩击穿持续时间以皮秒为单位。瞬态电压抑制二极管将电压箝位到固定电平，其箝位电压大多在最小范围内。

这些在电信领域、医疗、微处理器和信号处理领域都有应用。它对过电压的响应速度比压敏电阻或气体放电管快。

瞬态电压抑制二极管的符号如下所示。

二极管的特点是：

漏电流

最大反向关断电压

击穿电压

钳位电压

寄生电容

寄生电感

它可以吸收的能量

13. 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，反向偏置条件下的漏电流也较小。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更快重组。

14. 超级势垒二极管

它是一种整流二极管，具有低正向压降作为肖特基二极管，具有浪涌处理能力和低反向漏电流作为P – N结二极管。它专为高功率、快速开关和低损耗应用而设计。超级势垒整流器是下一代正向电压低于肖特基二极管的整流器。

15. 帕尔贴二极管

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，半导体从一个端子流向另一个端子。此流动仅在单个方向上完成，与电流流动的方向相同。

这种热量是由于少数电荷载流子的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，它是一种点接触二极管。其操作取决于半导体晶体与点之间的接触压力。

在这种情况下，存在一根金属线，它被压在半导体晶体上。其中，半导体晶体充当阴极，金属线充当阳极。这些二极管本质上已经过时。主要用于微波接收器和探测器。

晶体二极管应用

晶体二极管整流器

晶体二极管检测器

水晶无线电接收器

17. 雪崩二极管

这是在雪崩击穿原理下工作的被动元件。它在反向偏置条件下工作。由于反向偏置条件下P-N结产生的电离，它导致大电流。

这些二极管专门设计用于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：

雪崩二极管用途

射频噪声产生：它充当天线分析仪桥的射频源，也用作白噪声发生器。

用于无线电设备以及硬件随机数生成器。

微波频率产生：在此二极管充当负电阻器件。

单光子雪崩探测器：这些是用于光水平应用的高增益光子探测器。

18. 可控硅整流器

它由三个端子组成，它们是阳极、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的控制目的。可控硅整流器的符号如下图所示：

操作模式：

1.正向阻塞模式（关断状态）：在此J1和J3中正向偏置，J2反向偏置。它在击穿电压以下提供高电阻，因此被称为关断状态。

2.正向导通模式（导通状态）：通过增加阳极和阴极的电压或在栅极施加正脉冲，我们可以打开。要关闭唯一的方法是减少流过它的电流。

3.反向阻断模式（关断状态）：SCR阻断反向电压称为非对称SCR。 多用于电流源逆变器。

19. 真空二极管

真空二极管由两个电极组成，它们将充当阳极和阴极。阴极由钨组成，钨沿阳极方向发射电子。电子始终仅从阴极流向阳极。所以，它就像一个开关。

如果阴极涂有氧化物材料，则电子发射能力很高。阳极的尺寸有点长，在某些情况下，它们的表面很粗糙，以降低二极管中产生的温度。二极管仅在一种情况下导通，即阳极相对于阴极端子为正时。该符号如图所示：

20. 引脚二极管

普通P-N结二极管的改进版本提供了PIN二极管。在PIN二极管中不需要掺杂。将本征材料，即没有电荷载流子的材料插入P和N区域之间，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。在某些时候，由于这种高注入水平，电场也会通过本征材料传导。此字段使载流子从两个区域流动。PIN二极管的符号如下图所示：

PIN二极管应用：

射频开关：PIN二极管用于信号和组件选择。例如，PIN二极管在低相位噪声振荡器中充当距离开关电感器。

衰减器：用作桥式T衰减器中的电桥和分流电阻。

光电探测器：它检测X射线和伽马射线光子。

21. 点接触设备

金线或钨丝用作点触点，通过高电流通过PN结区来产生PN结区。在连接到金属板的导线边缘周围产生一小块PN结区域，如图所示。

在正向方向上，其操作非常相似，但在反向偏置条件下，导线的作用类似于绝缘体。由于该绝缘体位于极板之间，因此二极管充当电容器。通常，电容器会阻挡直流电流，但交流电流可以高频在电路中流动。因此，这些用于检测高频信号。

22. 冈恩二极管

冈恩二极管仅由n型半导体材料制成。两种N型材料的耗尽区非常薄。当电路中的电压增加时，电流也会增加。在一定水平的电压之后，电流将呈指数级下降，因此表现出负差分电阻。

它有两个电极，分别是砷化镓和磷化铟。因此，它具有负差分电阻。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设备。它也可以用作放大器。冈恩二极管的符号如下所示：