半导体二极管是电子电路中最重要的元件之一,具有多种类型,每种类型都有其独特的应用和功能。以下是几种常见的半导体二极管的原理和作用:
1.普通二极管(整流二极管)
• 原理
由一个 PN 结加上相应的电极引线及管壳封装而成。PN 结具有单向导电性,当给二极管加上正向电压时,PN 结处于导通状态,此时电流可以顺利通过二极管;当加上反向电压时,PN 结处于截止状态,电流几乎无法通过,仅有极小的反向漏电流。
• 作用
◆ 整流:在整流电路中,将交流电转换为脉动直流电。例如在电源适配器中,把市电的交流电转换为适合电子设备使用的直流电。
◆ 检波:用于从高频信号中提取出低频信号,比如在收音机的检波电路中,将广播信号中的音频信号提取出来。
◆ 保护:可防止电路中的反向电压对其他元件造成损坏,当电路中出现反向电压时,二极管截止,起到保护作用。
2.肖特基二极管
• 原理
以贵金属(如金、银、铝、铂等)为正极,以 N 型半导体为负极,利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成。其载流子主要是电子,而普通二极管的载流子有空穴和电子两种,因此肖特基二极管的导通机制与普通二极管略有不同。
• 作用
◆ 高频整流:具有反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)、开关频率高的特点,适合在高频电路中用作整流二极管,如在通信电源、变频器等设备中。
◆ 续流:在电感电路中,当电流突然变化时,肖特基二极管可以提供续流路径,防止电感产生过高的反向电动势损坏电路。
◆ 保护:由于其正向导通压降较低(仅 0.4V 左右),在一些对电压降要求严格的电路中,可以起到降低功耗和保护其他元件的作用。
3.稳压二极管
• 原理
利用 PN 结反向击穿状态下,电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象。当反向电压达到一定值(即击穿电压)时,稳压二极管进入击穿区,此时电流变化很大,但电压基本保持稳定。
• 作用
主要用于稳压电路,为电路提供稳定的电压基准。例如在一些需要稳定电源输出的电子设备中,如电脑主板、手机充电器等,稳压二极管可以确保输出电压的稳定性。
4.变容二极管
• 原理
利用 PN 结反偏时结电容大小随外加电压而变化的特性制成。当反向偏压增大时,结电容减小;反之,反向偏压减小时,结电容增大。
• 作用
在高频电路中用作自动调谐、调频、调相等。例如在电视接收机的调谐回路中,变容二极管可以根据需要调整电容值,从而实现频道的选择。
5.隧道二极管
• 原理
是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。基于电子的量子力学隧道效应,其正向电流 - 电压特性具有负阻,即随着电流的增加,电压反而减小。
• 作用
由于其开关特性好、速度快、工作频率高,多应用于某些开关电路或高频振荡等电路中。
6.发光二极管(LED)
• 原理
当半导体材料中的电子与空穴复合时,会以光的形式释放出能量,从而发出可见光。不同的半导体材料可以发出不同颜色的光。
• 作用
广泛应用于照明、平板显示、指示灯等领域。例如日常使用的各种灯具、电子设备的指示灯、显示屏等都离不开发光二极管。
7.红外接收二极管
• 原理
对红外光具有较高的灵敏度,能够将接收到的红外光信号转换为电信号。其工作原理基于半导体的光电效应,当红外光照射到二极管上时,会激发二极管内部的电子 - 空穴对,从而产生电流。
• 作用
广泛应用于各种红外遥控系统中,如音响、彩色电视机、空调器、VCD 视盘机、DVD 视盘机以及录像机等设备的红外接收部分。