什麼是二極管？
Содержание
二極管是一種兩端電子元件， 限流 一個方向的電流，並允許它在相反的方向自由流動。 它在電子電路中有許多用途，可用於構建整流器、逆變器和發電機。
在這篇文章中，我們將採取 凝視 什麼是二極管及其工作原理。 我們還將研究它在電子電路中的一些常見用途。 讓我們開始吧！
二極管是如何工作的？
二極管是一種電子設備 它允許 電流必須沿一個方向流動。 它們通常存在於電路中。 它們基於製造它們的半導體材料運行，可以是 N 型或 P 型。 如果二極管是N型的，只有在與二極管箭頭方向相同的方向上施加電壓時，它才會通過電流，而P型二極管只有在與它的箭頭方向相反的方向上施加電壓時，才會通過電流。
半導體材料允許電流流動，創造耗盡區'，這是電子被禁止的區域。 施加電壓後，耗盡區到達二極管的兩端並允許電流流過。 這個過程稱為“正向偏置“。
如果電壓被施加到 反過來 半導體材料，反向偏壓。 這將導致耗盡區僅從端子的一端延伸並阻止電流流動。 這是因為如果沿著與 P 型半導體上的箭頭相同的路徑施加電壓，則 P 型半導體將像 N 型半導體一樣工作，因為它允許電子沿其箭頭的相反方向移動。
二極管是做什麼用的？
二極管用於 轉變 直流電變為交流電，同時阻斷電荷的反向傳導。 這種主要成分也可以在調光器、電動機和太陽能電池板中找到。
二極管在計算機中用於 安全 電湧損壞計算機電子元件。 它們降低或阻止超過機器所需的電壓。 它還降低了計算機的功耗，節省了電力並減少了設備內部產生的熱量。 二極管用於高端電器，如烤箱、洗碗機、微波爐和洗衣機。 它們在這些設備中用於防止 損害 由於停電引起的電湧。
二極管的應用
- 更正
- 就像一個開關
- 源隔離電路
- 作為參考電壓
- 混頻器
- 反向電流保護
- 反接保護
- 浪湧保護
- AM 包絡檢測器或解調器（二極管檢測器）
- 就像一個光源
- 在正溫度傳感器電路中
- 在光傳感器電路中
- 太陽能電池或光伏電池
- 像快船一樣
- 就像一個保留者
二極管的歷史
“二極管”一詞來源於 Греческий “diodous”或“diodos”這個詞。 二極管的目的是讓電流僅沿一個方向流動。 二極管也可稱為電子閥。
被找到 亨利·約瑟夫·朗德 通過他在 1884 年的電力實驗。 這些實驗是使用真空玻璃管進行的，真空玻璃管內部兩端都有金屬電極。 陰極有帶正電荷的板，陽極有帶負電荷的板。 當電流通過管子時，它會亮起，表明能量正在流過電路。
二極管是誰發明的
雖然第一個半導體二極管是由 John A. Fleming 於 1906 年發明的，但要歸功於 William Henry Price 和 Arthur Schuster 在 1907 年獨立發明了該器件。
二極管類型
- 小信號二極管
- 大信號二極管
- 穩定管
- 發光二極管 (LED)
- 直流二極管
- 肖特基二極管
- 肖克利二極管
- 階躍恢復二極管
- 隧道二極管
- 變容二極管
- 激光二極管
- 瞬態抑制二極管
- 金摻雜二極管
- 超勢壘二極管
- 珀耳帖二極管
- 晶體二極管
- 雪崩二極管
- 可控矽
- 真空二極管
- PIN二極管
- 接觸點
- 二極管漢娜
小信號二極管
小信號二極管是一種具有快速開關能力和低導通壓降的半導體器件。 它提供高度保護，防止靜電放電造成的損壞。
大信號二極管
大信號二極管是一種以比小信號二極管更高的功率水平傳輸信號的二極管。 大信號二極管通常用於將交流電轉換為直流電。 大信號二極管將在沒有功率損耗的情況下傳輸信號，並且比電解電容器便宜。
去耦電容器通常與大信號二極管結合使用。 該器件的使用會影響電路的瞬態響應時間。 去耦電容有助於限制阻抗變化引起的電壓波動。
穩定管
齊納二極管是一種特殊類型，只會在直接電壓降下的區域導電。 這意味著當齊納二極管的一個端子通電時，它允許電流從另一個端子移動到通電端子。 正確使用此設備並接地非常重要，否則可能會永久損壞您的電路。 此設備在室外使用也很重要，因為如果放置在潮濕的環境中，它會失效。
當足夠的電流施加到齊納二極管時，會產生電壓降。 如果此電壓達到或超過機器的擊穿電壓，則它允許電流從一個端子流出。
發光二極管 (LED)
發光二極管 (LED) 由半導體材料製成，當有足夠的電流通過時，它會發光。 LED 最重要的特性之一是它們可以非常有效地將電能轉換為光能。 LED還用作指示燈，在計算機、鐘錶、收音機、電視機等電子設備上指示目標。
LED 是微芯片技術發展的一個典型例子，它使照明領域發生了重大變化。 LED 使用至少兩個半導體層來產生光，一個 pn 結產生載流子（電子和空穴），然後將其發送到“勢壘”層的相對兩側，該層在一側捕獲空穴，在另一側捕獲電子。 . 被捕獲的載流子的能量在稱為電致發光的“共振”中重新組合。
LED 被認為是一種高效的照明類型，因為它隨光散發的熱量很少。 它的壽命比白熾燈長，白熾燈的使用壽命是傳統熒光燈的 60 倍，光輸出更高，有毒物質排放更少。
LED 的最大優點是它們需要很少的功率來運行，具體取決於 LED 的類型。 現在可以將 LED 與從太陽能電池到電池甚至交流電 (AC) 的電源一起使用。
有許多不同類型的 LED，它們有各種顏色，包括紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、白色等。 如今，LED 的光通量為每瓦 10 至 100 流明 (lm/W)，這幾乎與傳統光源相同。
直流二極管
恆流二極管或 CCD 是一種用於電源的穩壓二極管。 CCD的主要作用是減少負載變化時的波動，從而降低輸出功率損耗，提高電壓穩定性。 CCD 還可用於調整直流輸入功率電平和控制輸出軌上的直流電平。
肖特基二極管
肖特基二極管也稱為熱載流子二極管。
肖特基二極管是沃爾特·肖特基博士於1926年發明的。 肖特基二極管的發明使我們能夠使用 LED（發光二極管）作為可靠的信號源。
二極管在高頻電路中使用時具有非常有益的作用。 肖特基二極管主要由三部分組成； P、N與金屬半導體結。 該器件的設計使得在固體半導體內部形成一個急劇的過渡。 這允許載流子從半導體過渡到金屬。 反過來，這有助於降低正向電壓，進而降低功率損耗並大幅提高使用肖特基二極管的設備的開關速度。
肖克利二極管
肖克利二極管是一種電極排列不對稱的半導體器件。 二極管將在一個方向上傳導電流，如果極性相反，則電流會少得多。 如果在肖克利二極管兩端保持外部電壓，則隨著施加電壓的增加，它會逐漸正向偏置，直至達到稱為“截止電壓”的點，在該點沒有明顯的電流，因為所有電子都與空穴重新結合. 在電流-電壓特性的圖形表示中，除了截止電壓之外，還有一個負電阻區域。 Shockley 將作為一個放大器，在此範圍內具有負電阻值。
最好將肖克利的工作分解為三個部分，稱為區域，從下到上的反向電流分別為 0、1 和 2。
在區域 1 中，當為正向偏置施加正電壓時，電子從 p 型材料擴散到 n 型半導體中，其中由於多數載流子的替換而形成“耗盡區”。 耗盡區是當施加電壓時載流子被移除的區域。 pn 結周圍的耗盡區可防止電流流過單向器件的前端。
當電子從p型側進入n側時，在從下到上的躍遷中形成“耗盡區”，直至空穴電流通路被阻斷。 從上到下移動的空穴與從下到上移動的電子重新結合。 即在導帶和價帶的耗盡區之間，出現了一個“複合區”，阻止了主要載流子進一步流過肖克利二極管。
電流現在由單個載流子控制，該載流子是少數載流子，即在這種情況下，n 型半導體為電子，p 型材料為空穴。 所以我們可以說這裡電流的流動是由多數載流子（空穴和電子）控制的，只要有足夠的自由載流子傳導，電流的流動就與施加的電壓無關。
在區域 2 中，從耗盡區發射的電子與另一側的空穴複合並產生新的多數載流子（n 型半導體的 p 型材料中的電子）。 當這些空穴進入耗盡區時，它們完成了通過肖克利二極管的電流路徑。
在區域 3 中，當施加外部電壓進行反向偏置時，結中出現空間電荷區或耗盡區，由多數載流子和少數載流子組成。 由於在它們之間施加電壓，電子-空穴對被分開，導致漂移電流通過肖克利。 這會導致少量電流流過肖克利二極管。
階躍恢復二極管
階躍恢復二極管 (SRD) 是一種半導體器件，可以在其陽極和陰極之間提供固定的、無條件穩定的導通狀態。 從關閉狀態到開啟狀態的轉變可以由負電壓脈衝引起。 開啟時，SRD 就像一個完美的二極管。 關閉時，SRD 主要是不導電的，有一些洩漏電流，但通常不足以在大多數應用中造成顯著的功率損耗。
下圖顯示了兩種類型 SRD 的階躍恢復波形。 上曲線顯示快速恢復類型，當進入關閉狀態時會發出大量光。 相比之下，下部曲線顯示了一個針對高速運行而優化的超快恢復二極管，並且在開關轉換期間僅表現出可忽略不計的可見輻射。
要打開 SRD，陽極電壓必須超過機器閾值電壓 (VT)。 當陽極電位小於或等於陰極電位時，SRD 將關閉。
隧道二極管
隧道二極管是量子工程的一種形式，它採用兩塊半導體並將其中一塊連接起來，另一面朝外。 隧道二極管的獨特之處在於電子流過半導體而不是繞過它。 這是這種技術如此獨特的主要原因之一，因為到目前為止，還沒有其他形式的電子傳輸能夠完成這樣的壯舉。 隧道二極管如此受歡迎的原因之一是它們比其他形式的量子工程佔用更少的空間，並且還可以用於許多領域的許多應用。
變容二極管
變容二極管是一種用於電壓調節可變電容的半導體。 變容二極管有兩個連接，一個在PN結的陽極側，另一個在PN結的陰極側。 當您向變容二極管施加電壓時，它會形成一個電場，從而改變其耗盡層的寬度。 這將有效地改變其電容。
激光二極管
激光二極管是發射相干光的半導體，也稱為激光。 激光二極管發射具有低發散度的定向平行光束。 這與發射光高度發散的其他光源（例如傳統 LED）形成對比。
激光二極管用於光存儲、激光打印機、條形碼掃描儀和光纖通信。
瞬態抑制二極管
瞬態電壓抑制 (TVS) 二極管是一種旨在防止電壓浪湧和其他類型的瞬變的二極管。 它還能夠分離電壓和電流，以防止高壓瞬變進入芯片的電子設備。 TVS 二極管在正常工作期間不會導通，但只會在瞬態期間導通。 在電瞬變期間，TVS 二極管可以在快速 dv/dt 尖峰和大 dv/dt 峰值下運行。 該器件通常出現在微處理器電路的輸入電路中，用於處理高速開關信號。
金摻雜二極管
金二極管可以在電容器、整流器和其他設備中找到。 這些二極管主要用於電子行業，因為它們不需要很大的電壓即可導電。 摻雜金的二極管可由 p 型或 n 型半導體材料製成。 金摻雜二極管在高溫下更有效地導電，尤其是在 n 型二極管中。
金不是摻雜半導體的理想材料，因為金原子太大而不易放入半導體晶體中。 這意味著通常金不會很好地擴散到半導體中。 增加金原子尺寸使其可以擴散的一種方法是添加銀或銦。 最常用的用金摻雜半導體的方法是使用硼氫化鈉，它有助於在半導體晶體中形成金銀合金。
摻雜金的二極管通常用於高頻電源應用。 這些二極管通過從二極管內阻的反電動勢中恢復能量來幫助降低電壓和電流。 摻金二極管用於電阻網絡、激光器和隧道二極管等機器中。
超勢壘二極管
超級勢壘二極管是一種可用於高壓應用的二極管。 這些二極管在高頻時具有低正向電壓。
超級勢壘二極管是一種用途非常廣泛的二極管，因為它們可以在很寬的頻率和電壓範圍內工作。 它們主要用於配電系統、整流器、電機驅動逆變器和電源的功率開關電路。
超勢壘二極管主要由添加了銅的二氧化矽組成。 超級勢壘二極管有多種設計選擇，包括平面鍺超級勢壘二極管、結型超級勢壘二極管和隔離超級勢壘二極管。
珀耳帖二極管
珀耳帖二極管是一種半導體。 它可用於響應熱能產生電流。 這種裝置仍然很新，還沒有被完全理解，但看起來它可以用於將熱能轉化為電能。 這可用於熱水器甚至汽車。 這將允許使用內燃機產生的熱量，這通常是浪費的能源。 它還可以讓發動機更有效地運行，因為它不需要產生那麼多的功率（因此使用更少的燃料），而是珀耳帖二極管將廢熱轉化為電能。
晶體二極管
晶體二極管通常用於窄帶濾波、振盪器或壓控放大器。 晶體二極管被認為是壓電效應的一種特殊應用。 此過程有助於利用其固有特性生成電壓和電流信號。 晶體二極管通常還與提供放大或其他專用功能的其他電路結合使用。
雪崩二極管
雪崩二極管是一種半導體，它能使單個電子從導帶到價帶發生雪崩。 在高壓直流電源電路中用作整流器，用作紅外輻射檢測器，用作紫外線輻射的光伏機。 雪崩效應增加了二極管兩端的正向壓降，因此它可以做得比擊穿電壓小得多。
可控矽
可控矽整流器 (SCR) 是一種三端晶閘管。 它被設計成像微波爐中的開關一樣控制功率。 它可以由電流或電壓或兩者觸發，具體取決於柵極輸出設置。 當柵極引腳為負時，它允許電流流過 SCR，當它為正時，它阻止電流流過 SCR。 柵極引腳的位置決定了當它就位時電流是通過還是被阻斷。
真空二極管
真空二極管是另一種類型的二極管，但與其他類型不同的是，它們用於真空管中調節電流。 真空二極管允許電流以恆定電壓流動，但也有一個可以改變電壓的控制柵極。 根據控制柵極中的電壓，真空二極管允許或停止電流。 真空二極管用作無線電接收器和發射器中的放大器和振盪器。 它們還用作將交流電轉換為直流電以供電氣設備使用的整流器。
PIN二極管
PIN二極管是一種pn結二極管。 通常，PIN 是一種半導體，在對其施加電壓時會表現出低電阻。 這種低電阻會隨著施加電壓的增加而增加。 PIN 碼在導電之前有一個閾值電壓。 因此，如果沒有施加負電壓，二極管將不會通過電流，直到它達到這個值。 流過金屬的電流量將取決於兩個端子之間的電位差或電壓，並且不會從一個端子洩漏到另一個端子。
點接觸二極管
點二極管是一種能夠改善射頻信號的單向器件。 點接觸也稱為無結晶體管。 它由連接到半導體材料的兩根導線組成。 當這些電線接觸時，會在電子可以穿過的地方產生一個“夾點”。 這種類型的二極管特別用於 AM 收音機和其他設備，使它們能夠檢測 RF 信號。
二極管漢娜
耿氏二極管是由兩個具有不對稱勢壘高度的反平行 pn 結組成的二極管。 這導致電子在正向流動的強烈抑制，而電流仍然在反向流動。
這些設備通常用作微波發生器。 它們是 1959 年左右由英國皇家郵局的 J. B. Gann 和 A. S. Newell 發明的，名字由此而來：“Gann”是他們名字的縮寫，而“diode”是因為他們在氣體裝置上工作（Newell 之前曾在在愛迪生通信學院）。 貝爾實驗室，他在那裡從事半導體設備方面的工作）。
最早大規模應用耿氏二極管的是1965年前後投入使用的第一代英國軍用UHF無線電設備。 軍用 AM 收音機也廣泛使用耿氏二極管。
耿氏二極管的特點是電流僅為傳統矽二極管的10-20%。 此外，二極管兩端的壓降比傳統二極管小約 25 倍，在室溫下通常為 0 mV，持續 XNUMX 次。
視頻教程
結論
我們希望您已經了解什麼是二極管。 如果您有興趣詳細了解這個神奇組件的工作原理，請查看我們在二極管頁面上的文章。 我們相信您這次也會應用所學的一切。
