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二極管的類型

已有 160 次閱讀2019-10-17 16:19

  二極管的類型
  二極管種類有很多,按照所用的半導體材料,可分為鍺二極管(Ge管)和硅二極管(Si管)。根據其不同用途,可分為檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開關二極管、隔離二極管、肖特基二極管、發光二極管、硅功率開關二極管、旋轉二極管等。按照管芯結構,又可分為點接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點接觸型二極管是用一根很細的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面,通以脈沖電流,使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起,形成一個“PN結”。由于是點接觸,只允許通過較小的電流(不超過幾十毫安),適用于高頻小電流電路,如收音機的檢波等。面接觸型二極管的“PN結”面積較大,允許通過較大的電流(幾安到幾十安),主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管,它不僅能通過較大的電流,而且性能穩定可靠,多用于開關、脈沖及高頻電路中。
  一、根據構造分類
  半導體二極管主要是依靠PN結而工作的。與PN結不可分割的點接觸型和肖特基型,也被列入一般的二極管的范圍內。包括這兩種型號在內,根據PN結構造面的特點,把晶體二極管分類如下:
  1、點接觸型二極管
  點接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后,再通過電流法而形成的。因此,其PN結的靜電容量小,適用于高頻電路。但是,與面結型相比較,點接觸型二極管正向特性和反向特性都差,因此,不能使用于大電流和整流。因為構造簡單,所以價格便宜。對于小信號的檢波、整流、調制、混頻和限幅等一般用途而言,它是應用范圍較廣的類型。
  2、鍵型二極管
  鍵型二極管是在鍺或硅的單晶片上熔接或銀的細絲而形成的。其特性介于點接觸型二極管和合金型二極管之間。與點接觸型相比較,雖然鍵型二極管的PN結電容量稍有增加,但正向特性特別優良。多作開關用,有時也被應用于檢波和電源整流(不大于50mA)。在鍵型二極管中,熔接金絲的二極管有時被稱金鍵型,熔接銀絲的二極管有時被稱為銀鍵型。
  3、合金型二極管
  在N型鍺或硅的單晶片上,通過合金銦、鋁等金屬的方法制作PN結而形成的。正向電壓降小,適于大電流整流。因其PN結反向時靜電容量大,所以不適于高頻檢波和高頻整流。
  4、擴散型二極管
  在高溫的P型雜質氣體中,加熱N型鍺或硅的單晶片,使單晶片表面的一部變成P型,以此法PN結。因PN結正向電壓降小,適用于大電流整流。最近,使用大電流整流器的主流已由硅合金型轉移到硅擴散型。
  5、臺面型二極管
  PN結的制作方法雖然與擴散型相同,但是,只保留PN結及其必要的部分,把不必要的部分用藥品腐蝕掉。其剩余的部分便呈現出臺面形,因而得名。初期生產的臺面型,是對半導體材料使用擴散法而制成的。因此,又把這種臺面型稱為擴散臺面型。對于這一類型來說,似乎大電流整流用的產品型號很少,而小電流開關用的產品型號卻很多。
  6、平面型二極管
  在半導體單晶片(主要地是N型硅單晶片)上,擴散P型雜質,利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用,在N型硅單晶片上僅選擇性地擴散一部分而形成的PN結。因此,不需要為調整PN結面積的藥品腐蝕作用。由于半導體表面被制作得平整,故而得名。并且,PN結合的表面,因被氧化膜覆蓋,所以公認為是穩定性好和壽命長的類型。最初,對于被使用的半導體材料是采用外延法形成的,故又把平面型稱為外延平面型。對平面型二極管而言,似乎使用于大電流整流用的型號很少,而作小電流開關用的型號則很多。
  7、合金擴散型二極管
  它是合金型的一種。合金材料是容易被擴散的材料。把難以制作的材料通過巧妙地摻配雜質,就能與合金一起過擴散,以便在已經形成的PN結中獲得雜質的恰當的濃度分布。此法適用于制造高靈敏度的變容二極管。
  8、外延型二極管
  用外延面長的過程制造PN結而形成的二極管。制造時需要非常高超的技術。因能隨意地控制雜質的不同濃度的分布,故適宜于制造高靈敏度的變容二極管。
  9、肖特基二極管
  基本原理是:在金屬(例如鉛)和半導體(N型硅片)的接觸面上,用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。肖特基與PN結的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長是:開關速度非常快:反向恢復時間trr特別地短。因此,能制作開關二極和低壓大電流整流二極管。
  二、根據用途分類
  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,以整流電流的大小(100mA)作為界線通常把輸出電流小于100mA的叫檢波。鍺材料點接觸型、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。類似點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、開關等電路。也有為調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。以整流電流的大小(100mA)作為界線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,把若干個必要的整流二極管串聯起來形成一個整體。
  4、調制用二極管
  通常指的是環形調制專用的二極管。就是正向特性一致性好的四個二極管的組合件。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,在500~10,000Hz的頻率范圍內,多采用肖特基型和點接觸型二極管。
  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、開關用二極管
  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關二極管。小電流的開關二極管通常有點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。開關二極管的特長是開關速度快。而肖特基型二極管的開關時間特短,因而是理想的開關二極管。2AK型點接觸為中速開關電路用;2CK型平面接觸為高速開關電路用;用于開關、限幅、鉗位或檢波等電路;肖特基(SBD)硅大電流開關,正向壓降小,速度快、效率高。
  8、變容二極管
  用于自動頻率控制(AFC)和調諧用的小功率二極管稱變容二極管。日本廠商方面也有其它許多叫法。通過施加反向電壓, 使其PN結的靜電容量發生變化。因此,被使用于自動頻率控制、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為可變電抗器,可變電抗器雖然和自動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。階躍二極管又被稱為階躍恢復二極管,從導通切換到關閉時的反向恢復時間trr短,因此,其特長是急速地變成關閉的轉移時間顯著地短。如果對階躍二極管施加正弦波,那么,因tt(轉移時間)短,所以輸出波形急驟地被夾斷,故能產生很多高頻諧波。
  10、穩壓二極管
  是代替穩壓電子二極管的產品。被制作成為硅的擴散型或合金型。是反向擊穿特性曲線急驟變化的二極管。作為控制電壓和標準電壓使用而制作的。二極管工作時的端電壓(又稱齊納電壓)從3V左右到150V,按每隔10%,能劃分成許多等級。在功率方面,也有從200mW至100W以上的產品。工作在反向擊穿狀態,硅材料制作,動態電阻RZ很小,一般為2CW型;將兩個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。當其工作頻率超過100MHz時,由于少數載流子的存貯效應和"本征"層中的渡越時間效應,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,"本征"區的阻抗很高;在直流正向偏置時,由于載流子注入"本征"區,而使"本征"區呈現出低阻抗狀態。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關(即微波開關)、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生高頻振蕩的晶體管。產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間,所以其電流滯后于電壓,出現延遲時間,若適當地控制渡越時間,那么,在電流和電壓關系上就會出現負阻效應,從而產生高頻振蕩。它常被應用于微波領域的振蕩電路中。
  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(即高濃度雜質的)。隧道電流由這些簡并態半導體的量子力學效應所產生。發生隧道效應具備如下三個條件:①費米能級位于導帶和滿帶內;②空間電荷層寬度必須很窄(0.01微米以下);簡并半導體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關電路中。
  14、快速關斷(階躍恢復)二極管 (Step Recovary Diode)
  它也是一種具有PN結的二極管。其結構上的特點是:在PN結邊界處具有陡峭的雜質分布區,從而形成"自助電場"。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歷一個"存貯時間"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"縮短了存貯時間,使反向電流快速截止,并產生豐富的諧波分量。利用這些諧波分量可設計出梳狀頻譜發生電路。快速關斷(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時間常數限制,因而,它是高頻和快速開關的理想器件。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制作太陽能電池或發光二極管。
  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,對電路進行快速過壓保護,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。
  18、雙基極二極管(單結晶體管)
  兩個基極,一個發射極的三端負阻器件,用于張馳振蕩電路,定時電壓讀出電路中,它具有頻率易調、溫度穩定性好等優點。
  19、發光二極管
  用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成,體積小,正向驅動發光。工作電壓低,工作電流小,發光均勻、壽命長、可發紅、黃、綠單色光。
  20.、硅功率開關二極管
  硅功率開關二極管具有高速導通與截止的能力。它主要用于大功率開關或穩壓電路、直流變換器、高速電機調速及在驅動電路中作高頻整流及續流箝拉,具有恢復特性軟、過載能力強的優點、廣泛用于計算機、雷達電源、步進電機調速等方面。
  21、旋轉二極管
  主要用于無刷電機勵磁、也可作普通整流用。
  三、根據特性分類
  點接觸型二極管,按正向和反向特性分類如下。
  1、一般用點接觸型二極管
  這種二極管正如標題所說的那樣,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品。如:SD34、SD46、1N34A等等屬于這一類。
  2、高反向耐壓點接觸型二極管
  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。要求更高時有硅合金和擴散型。
  3、高反向電阻點接觸型二極管
  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等等屬于這類二極管。
  4、高傳導點接觸型二極管
  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,能夠得到更優良的特性。這類二極管,在負荷電阻特別低的情況下,整流效率較高。
  [編輯本段]二極管的導電特性
  二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中,電流只能從二極管的正極流入,負極流出。下面通過簡單的實驗說明二極管的正向特性和反向特性。
  1. 正向特性。
  在電子電路中,將二極管的正極接在高電位端,負極接在低電位端,二極管就會導通,這種連接方式,稱為正向偏置。必須說明,當加在二極管兩端的正向電壓很小時,二極管仍然不能導通,流過二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數值(這一數值稱為“門檻電壓”,鍺管約為0.2V,硅管約為0.6V)以后,二極管才能直正導通。導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變(鍺管約為0.3V,硅管約為0.7V),稱為二極管的“正向壓降”。
  2. 反向特性。
  在電子電路中,二極管的正極接在低電位端,負極接在高電位端,此時二極管中幾乎沒有電流流過,此時二極管處于截止狀態,這種連接方式,稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時,仍然會有微弱的反向電流流過二極管,稱為漏電流。當二極管兩端的反向電壓增大到某一數值,反向電流會急劇增大,二極管將失去單方向導電特性,這種狀態稱為二極管的擊穿。
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