普通二極管,如常見的硅二極管和鍺二極管,具有較為典型的伏安特性。硅二極管的正向導通電壓約為 0.7V,鍺二極管則約為 0.3V。在電子電路中,普通二極管常被用于整流電路,將交流電轉換為直流電。例如在簡單的半波整流電路里,二極管在交流電正半周導通,負半周截止,從而輸出單向脈動直流電。在一些信號檢測電路中,普通二極管還可用于檢波,從調制信號中提取出原信號,普遍應用于收音機、電視機等設備的信號處理環(huán)節(jié),是電子領域較基礎且應用非常普遍的器件之一。光電二極管可將光信號轉換為電信號,是光通信的關鍵元件。PMSTA56
肖特基二極管是基于金屬 - 半導體接觸形成的二極管。它具有幾個明顯的特點。首先,肖特基二極管的正向導通電壓較低,通常比普通硅二極管的導通電壓低 0.2 - 0.3V 左右。這使得它在低電壓、大電流的場合具有優(yōu)勢,可以降低電路的功耗。其次,肖特基二極管的開關速度非???,這是因為它沒有普通二極管中的少數(shù)載流子存儲效應。在高頻電路中,如射頻電路和高速數(shù)字電路中,肖特基二極管能夠快速地導通和截止,減少信號的失真和損耗。此外,肖特基二極管的反向恢復時間極短,這使得它在開關電源等需要頻繁開關的電路中表現(xiàn)出色。不過,肖特基二極管的反向耐壓能力相對較低,這在一定程度上限制了它的應用范圍。LM75BD 溫度傳感器二極管的小型化和集成化是電子元件發(fā)展的重要趨勢。
發(fā)光二極管(LED)是一種特殊的二極管。它的發(fā)光原理基于半導體材料的電子 - 空穴復合過程。當在 LED 兩端施加正向電壓時,電子從 N 區(qū)注入到 P 區(qū),空穴從 P 區(qū)注入到 N 區(qū),在 P - N 結附近,電子和空穴復合,釋放出能量,其中一部分能量以光子的形式發(fā)射出來,從而產(chǎn)生光。LED 具有許多優(yōu)勢。首先,它具有很高的能效,相比傳統(tǒng)的白熾燈泡,LED 可以將更多的電能轉化為光能,消耗的電能更少。其次,LED 的壽命非常長,可以達到數(shù)萬小時甚至更長,減少了更換燈泡的頻率。再者,LED 的響應速度快,非常適合用于需要快速開關的場合,如交通信號燈等。此外,LED 可以發(fā)出多種顏色的光,通過調整半導體材料的成分,可以實現(xiàn)從紅外光到可見光再到紫外光的不同波長的光發(fā)射。
二極管的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的過程。早期的二極管是由電子管構成的,體積大、功耗高且可靠性相對較低。隨著半導體技術的興起,半導體二極管逐漸取代了電子管二極管。20 世紀初,科學家們開始對半導體材料進行深入研究。在不斷的實驗和探索中,發(fā)現(xiàn)了半導體材料的特殊導電性質。到了 20 世紀中葉,硅和鍺等半導體材料被廣泛應用于二極管的制造。隨著制造工藝的不斷改進,二極管的性能得到了極大的提升,如降低了正向導通電壓、提高了反向耐壓能力等。如今,二極管的種類繁多,除了普通的整流二極管外,還出現(xiàn)了發(fā)光二極管、穩(wěn)壓二極管、肖特基二極管等具有特殊功能的二極管,滿足了不同領域的需求。深入了解二極管的工作原理,有助于更好地應用它于實際電路中。
在光通信領域,光電二極管是光接收機的重要元件之一。在光纖通信系統(tǒng)中,光信號通過光纖傳輸?shù)浇邮斩?。光電二極管可以將接收到的微弱光信號轉換為電信號,然后通過后續(xù)的放大、解調等電路處理,恢復出原始的信息。由于光通信中的信號非常微弱,要求光電二極管具有高靈敏度和低噪聲的特性。例如,雪崩光電二極管(APD)是一種特殊的高靈敏度光電二極管,它利用了雪崩倍增效應,在高反向偏壓下,光生載流子在 PN 結內獲得足夠的能量,通過碰撞電離產(chǎn)生更多的載流子,從而使光電流得到倍增,能夠有效地檢測到更微弱的光信號,提高了光通信系統(tǒng)的接收靈敏度。二極管的重要部分是PN結,它決定了二極管的導電特性。NZX27B,133 穩(wěn)壓(齊納)二極管SOD27封裝
在數(shù)字電路中,二極管常被用作邏輯門的基本組件,實現(xiàn)信號的邏輯運算。PMSTA56
在功率放大器中,二極管扮演著保護晶體管、限制電流的重要角色。當電流過大時,二極管會導通并提供一條安全的電流路徑,防止晶體管被燒毀。同時,二極管還可以作為限流器使用,通過限制電流來達到穩(wěn)定電壓的目的。濾波器是電源中不可或缺的重要部件之一。在濾波器中,二極管利用其單向導電特性實現(xiàn)信號的整流和穩(wěn)壓作用。當交流信號輸入到濾波器中時,二極管將正負半周的信號分別變?yōu)閱蜗驅ǖ碾娏鬏敵?;同時,在反向電壓下二極管還可以起到穩(wěn)壓作用,確保電源輸出的穩(wěn)定性和可靠性。PMSTA56