什么是二极管？
内容
二极管是一种两端电子元件， 限流 一个方向的电流，并允许它在相反的方向自由流动。 它在电子电路中有许多用途，可用于构建整流器、逆变器和发电机。
在这篇文章中，我们将采取 凝视 什么是二极管及其工作原理。 我们还将研究它在电子电路中的一些常见用途。 让我们开始吧！
二极管是如何工作的？
二极管是一种电子设备 它允许 电流必须沿一个方向流动。 它们通常存在于电路中。 它们基于制造它们的半导体材料运行，可以是 N 型或 P 型。 如果二极管是N型，只有在与二极管箭头方向相同的方向上施加电压时，它才会通过电流，而P型二极管只有在与它的箭头方向相反的方向上施加电压时，才会通过电流。
半导体材料允许电流流动，创造耗尽区'，这是电子被禁止的区域。 施加电压后，耗尽区到达二极管的两端并允许电流流过。 这个过程称为“正向偏置“。
如果电压被施加到 反过来 半导体材料，反向偏压。 这将导致耗尽区仅从端子的一端延伸并阻止电流流动。 这是因为如果沿着与 P 型半导体上的箭头相同的路径施加电压，则 P 型半导体将像 N 型半导体一样工作，因为它允许电子沿其箭头的相反方向移动。
二极管是做什么用的？
二极管用于 转变 直流电变为交流电，同时阻断电荷的反向传导。 这种主要成分也可以在调光器、电动机和太阳能电池板中找到。
二极管在计算机中用于 安全 电涌损坏计算机电子元件。 它们降低或阻止超过机器所需的电压。 它还降低了计算机的功耗，节省了电力并减少了设备内部产生的热量。 二极管用于高端电器，如烤箱、洗碗机、微波炉和洗衣机。 它们在这些设备中用于防止 损害 由于停电引起的电涌。
二极管的应用
- 更正
- 就像一个开关
- 源隔离电路
- 作为参考电压
- 混频器
- 反向电流保护
- 反接保护
- 浪涌保护
- AM 包络检测器或解调器（二极管检测器）
- 就像一个光源
- 在正温度传感器电路中
- 在光传感器电路中
- 太阳能电池或光伏电池
- 像快船一样
- 就像一个保留者
二极管的历史
“二极管”一词来源于 Греческий “diodous”或“diodos”这个词。 二极管的目的是让电流只在一个方向流动。 二极管也可以称为电子阀。
被找到 亨利·约瑟夫·朗德 通过他在 1884 年的电力实验。 这些实验是使用真空玻璃管进行的，真空玻璃管内部两端都有金属电极。 阴极有带正电荷的板，阳极有带负电荷的板。 当电流通过管子时，它会亮起，表明能量正在流过电路。
二极管是谁发明的
虽然第一个半导体二极管是由 John A. Fleming 于 1906 年发明的，但要归功于 William Henry Price 和 Arthur Schuster 在 1907 年独立发明了该器件。
二极管类型
- 小信号二极管
- 大信号二极管
- 稳定器
- 发光二极管 (LED)
- 直流二极管
- 肖特基二极管
- 肖克利二极管
- 阶跃恢复二极管
- 隧道二极管
- 变容二极管
- 激光二极管
- 瞬态抑制二极管
- 金掺杂二极管
- 超势垒二极管
- 珀耳帖二极管
- 晶体二极管
- 雪崩二极管
- 可控硅
- 真空二极管
- PIN二极管
- 接触点
- 二极管汉娜
小信号二极管
小信号二极管是一种具有快速开关能力和低导通压降的半导体器件。 它提供高度保护，防止静电放电造成的损坏。
大信号二极管
大信号二极管是一种以比小信号二极管更高的功率水平传输信号的二极管。 大信号二极管通常用于将交流电转换为直流电。 大信号二极管将在没有功率损耗的情况下传输信号，并且比电解电容器便宜。
去耦电容器通常与大信号二极管结合使用。 该器件的使用会影响电路的瞬态响应时间。 去耦电容有助于限制阻抗变化引起的电压波动。
稳定器
齐纳二极管是一种特殊类型，只会在直接电压降下的区域导电。 这意味着当齐纳二极管的一个端子通电时，它允许电流从另一个端子移动到通电端子。 正确使用此设备并接地非常重要，否则可能会永久损坏您的电路。 此设备在室外使用也很重要，因为如果放置在潮湿的环境中，它会失效。
当足够的电流施加到齐纳二极管时，会产生电压降。 如果此电压达到或超过机器的击穿电压，则它允许电流从一个端子流出。
发光二极管 (LED)
发光二极管 (LED) 由半导体材料制成，当有足够的电流通过时，它会发光。 LED 最重要的特性之一是它们可以非常有效地将电能转换为光能。 LED还用作指示灯，在计算机、钟表、收音机、电视机等电子设备上指示目标。
LED 是微芯片技术发展的一个典型例子，它使照明领域发生了重大变化。 LED 使用至少两个半导体层来产生光，一个 pn 结产生载流子（电子和空穴），然后将其发送到“势垒”层的相对两侧，该层在一侧捕获空穴，在另一侧捕获电子。 . 被捕获的载流子的能量在称为电致发光的“共振”中重新组合。
LED 被认为是一种高效的照明类型，因为它随光散发的热量很少。 它的寿命比白炽灯长，白炽灯的使用寿命是传统荧光灯的 60 倍，光输出更高，有毒物质排放更少。
LED 的最大优点是它们需要很少的功率来运行，具体取决于 LED 的类型。 现在可以将 LED 与从太阳能电池到电池甚至交流电 (AC) 的电源一起使用。
有许多不同类型的 LED，它们有各种颜色，包括红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、白色等。 如今，LED 的光通量为每瓦 10 至 100 流明 (lm/W)，这几乎与传统光源相同。
直流二极管
恒流二极管或 CCD 是一种用于电源的稳压二极管。 CCD的主要作用是减少负载变化时的波动，从而降低输出功率损耗，提高电压稳定性。 CCD 还可用于调整直流输入功率电平和控制输出轨上的直流电平。
肖特基二极管
肖特基二极管也称为热载流子二极管。
肖特基二极管是沃尔特·肖特基博士于1926年发明的。 肖特基二极管的发明使我们能够使用 LED（发光二极管）作为可靠的信号源。
二极管在高频电路中使用时具有非常有益的作用。 肖特基二极管主要由三部分组成； P、N与金属半导体结。 该器件的设计使得在固体半导体内部形成一个急剧的过渡。 这允许载流子从半导体过渡到金属。 反过来，这有助于降低正向电压，进而降低功率损耗并大幅提高使用肖特基二极管的设备的开关速度。
肖克利二极管
肖克利二极管是一种电极排列不对称的半导体器件。 二极管将在一个方向上传导电流，如果极性相反，则电流会少得多。 如果在肖克利二极管两端保持外部电压，则随着施加电压的增加，它会逐渐正向偏置，直至达到称为“截止电压”的点，在该点没有明显的电流，因为所有电子都与空穴重新结合. 在电流-电压特性的图形表示中，除了截止电压之外，还有一个负电阻区域。 Shockley 将作为一个放大器，在此范围内具有负电阻值。
最好将肖克利的工作分解为三个部分，称为区域，从下到上的反向电流分别为 0、1 和 2。
在区域 1 中，当为正向偏置施加正电压时，电子从 p 型材料扩散到 n 型半导体中，其中由于多数载流子的替换而形成“耗尽区”。 耗尽区是当施加电压时载流子被移除的区域。 pn 结周围的耗尽区可防止电流流过单向器件的前端。
当电子从p型侧进入n侧时，在从下到上的跃迁中形成“耗尽区”，直至空穴电流通路被阻断。 从上到下移动的空穴与从下到上移动的电子重新结合。 即在导带和价带的耗尽区之间，出现了一个“复合区”，阻止了主要载流子进一步流过肖克利二极管。
电流现在由单个载流子控制，该载流子是少数载流子，即在这种情况下，n 型半导体为电子，p 型材料为空穴。 所以我们可以说这里电流的流动是由多数载流子（空穴和电子）控制的，只要有足够的自由载流子传导，电流的流动就与施加的电压无关。
在区域 2 中，从耗尽区发射的电子与另一侧的空穴复合并产生新的多数载流子（n 型半导体的 p 型材料中的电子）。 当这些空穴进入耗尽区时，它们完成了通过肖克利二极管的电流路径。
在区域 3 中，当施加外部电压反向偏置时，结中会出现空间电荷区或耗尽区，由多数载流子和少数载流子组成。 由于在它们之间施加电压，电子-空穴对被分开，导致漂移电流通过肖克利。 这会导致少量电流流过肖克利二极管。
阶跃恢复二极管
阶跃恢复二极管 (SRD) 是一种半导体器件，可以在其阳极和阴极之间提供固定的、无条件稳定的导通状态。 从关闭状态到开启状态的转变可以由负电压脉冲引起。 开启时，SRD 就像一个完美的二极管。 关闭时，SRD 主要是不导电的，有一些泄漏电流，但通常不足以在大多数应用中造成显着的功率损耗。
下图显示了两种类型 SRD 的阶跃恢复波形。 上曲线显示快速恢复类型，当进入关闭状态时会发出大量光。 相比之下，下部曲线显示了一个针对高速运行而优化的超快恢复二极管，并且在开关转换期间仅表现出可忽略不计的可见辐射。
要打开 SRD，阳极电压必须超过机器阈值电压 (VT)。 当阳极电位小于或等于阴极电位时，SRD 将关闭。
隧道二极管
隧道二极管是量子工程的一种形式，它采用两块半导体并将其中一块连接起来，另一面朝外。 隧道二极管的独特之处在于电子流过半导体而不是绕过它。 这是这种技术如此独特的主要原因之一，因为到目前为止，还没有其他形式的电子传输能够完成这样的壮举。 隧道二极管如此受欢迎的原因之一是它们比其他形式的量子工程占用更少的空间，并且还可以用于许多领域的许多应用。
变容二极管
变容二极管是一种用于电压调节可变电容的半导体。 变容二极管有两个连接，一个在PN结的阳极侧，另一个在PN结的阴极侧。 当您向变容二极管施加电压时，它会形成一个电场，从而改变其耗尽层的宽度。 这将有效地改变其电容。
激光二极管
激光二极管是发射相干光的半导体，也称为激光。 激光二极管发射具有低发散度的定向平行光束。 这与发射光高度发散的其他光源（例如传统 LED）形成对比。
激光二极管用于光存储、激光打印机、条形码扫描仪和光纤通信。
瞬态抑制二极管
瞬态电压抑制 (TVS) 二极管是一种旨在防止电压浪涌和其他类型的瞬变的二极管。 它还能够分离电压和电流，以防止高压瞬变进入芯片的电子设备。 TVS 二极管在正常工作期间不会导通，但只会在瞬态期间导通。 在电瞬变期间，TVS 二极管可以在快速 dv/dt 尖峰和大 dv/dt 峰值下运行。 该器件通常出现在微处理器电路的输入电路中，用于处理高速开关信号。
金掺杂二极管
金二极管可以在电容器、整流器和其他设备中找到。 这些二极管主要用于电子行业，因为它们不需要很大的电压即可导电。 掺杂金的二极管可由 p 型或 n 型半导体材料制成。 金掺杂二极管在高温下更有效地导电，尤其是在 n 型二极管中。
金不是掺杂半导体的理想材料，因为金原子太大而不易放入半导体晶体中。 这意味着通常金不会很好地扩散到半导体中。 增加金原子尺寸使其可以扩散的一种方法是添加银或铟。 最常用的用金掺杂半导体的方法是使用硼氢化钠，它有助于在半导体晶体中形成金银合金。
掺杂金的二极管通常用于高频电源应用。 这些二极管通过从二极管内阻的反电动势中恢复能量来帮助降低电压和电流。 掺金二极管用于电阻网络、激光器和隧道二极管等机器中。
超势垒二极管
超级势垒二极管是一种可用于高压应用的二极管。 这些二极管在高频时具有低正向电压。
超级势垒二极管是一种用途非常广泛的二极管，因为它们可以在很宽的频率和电压范围内工作。 它们主要用于配电系统、整流器、电机驱动逆变器和电源的功率开关电路。
超势垒二极管主要由添加了铜的二氧化硅组成。 超级势垒二极管有多种设计选择，包括平面锗超级势垒二极管、结型超级势垒二极管和隔离超级势垒二极管。
珀耳帖二极管
珀耳帖二极管是一种半导体。 它可用于响应热能产生电流。 这种装置仍然很新，还没有被完全理解，但看起来它可以用于将热能转化为电能。 这可用于热水器甚至汽车。 这将允许使用内燃机产生的热量，这通常是浪费的能源。 它还可以让发动机更高效地运行，因为它不需要产生那么多的功率（因此使用更少的燃料），而是珀耳帖二极管将废热转化为电能。
晶体二极管
晶体二极管通常用于窄带滤波、振荡器或压控放大器。 晶体二极管被认为是压电效应的一种特殊应用。 此过程有助于利用其固有特性生成电压和电流信号。 晶体二极管通常还与提供放大或其他专用功能的其他电路结合使用。
雪崩二极管
雪崩二极管是一种半导体，它能使单个电子从导带到价带发生雪崩。 在高压直流电源电路中用作整流器，用作红外辐射检测器，用作紫外线辐射的光伏机。 雪崩效应增加了二极管两端的正向压降，因此它可以做得比击穿电压小得多。
可控硅
可控硅整流器 (SCR) 是一种三端晶闸管。 它被设计成像微波炉中的开关一样控制功率。 它可以由电流或电压或两者触发，具体取决于栅极输出设置。 当栅极引脚为负时，它允许电流流过 SCR，当它为正时，它阻止电流流过 SCR。 栅极引脚的位置决定了当它就位时电流是通过还是被阻断。
真空二极管
真空二极管是另一种二极管，但与其他类型不同的是，它们用于真空管中以调节电流。 真空二极管允许电流以恒定电压流动，但也有一个改变电压的控制栅。 根据控制电网中的电压，真空二极管允许或停止电流。 真空二极管用作无线电接收器和发射器中的放大器和振荡器。 它们还用作整流器，将交流电转换为直流电以供电气设备使用。
PIN二极管
PIN二极管是一种pn结二极管。 通常，PIN 是一种半导体，在对其施加电压时会表现出低电阻。 这种低电阻会随着施加电压的增加而增加。 PIN 码在导电之前有一个阈值电压。 因此，如果没有施加负电压，二极管将不会通过电流，直到它达到这个值。 流过金属的电流量将取决于两个端子之间的电位差或电压，并且不会从一个端子泄漏到另一个端子。
点接触二极管
点二极管是一种能够改善射频信号的单向器件。 点接触也称为无结晶体管。 它由连接到半导体材料的两根导线组成。 当这些电线接触时，会在电子可以穿过的地方产生一个“夹点”。 这种类型的二极管特别用于 AM 收音机和其他设备，使它们能够检测 RF 信号。
二极管汉娜
耿氏二极管是由两个具有不对称势垒高度的反平行 pn 结组成的二极管。 这导致电子在正向流动的强烈抑制，而电流仍然在反向流动。
这些设备通常用作微波发生器。 它们是 1959 年左右由英国皇家邮局的 J. B. Gann 和 A. S. Newell 发明的，名字由此而来：“Gann”是他们名字的缩写，而“diode”是因为他们在气体装置上工作（Newell 之前曾在在爱迪生通信学院）。 贝尔实验室，他在那里从事半导体设备方面的工作）。
最早大规模应用耿氏二极管的是1965年前后投入使用的第一代英国军用UHF无线电设备。 军用 AM 收音机也广泛使用耿氏二极管。
耿氏二极管的特点是电流仅为传统硅二极管的10-20%。 此外，二极管两端的压降比传统二极管小约 25 倍，在室温下通常为 0 mV，持续 XNUMX 次。
视频教程
结论
我们希望您已经了解什么是二极管。 如果您有兴趣详细了解这个神奇组件的工作原理，请查看我们在二极管页面上的文章。 我们相信您这次也会应用所学的一切。
