二极管是最简单的电子设备。有很多不同的二极管的类型。大多数是半导体二极管,而许多二极管的结构与典型的PN连接不同。根据定义,所有二极管均为两末端的单向电压控制电子阀。
信号二极管经常用于电子电路。通常,术语信号二极管用于引用“小信号二极管”。它们旨在操作小电流和高频信号,这就是为什么它们通常用于广播,电视,通信和开关电路的原因。
These general-purpose semiconductor diodes can be easily identified by their relatively small size and are either “Glass Passivated” diodes or “Point Contact” diodes. In a glass passivated diode, the PN junction is encapsulated in glass to protect it from contamination. There is a red or black band on one of the ends to identify the阴极终端。信号二极管的功率和电流额定值最小 - 通常分别为500MW和150mA。信号二极管最适合高频应用或涉及短脉冲波形的切换应用。
点接触二极管的构造略有不同。通过在金线或钨丝和N型锗材料之间建立PN连接来构建点接触二极管。金线允许高电流通过交界处。点接触二极管用于检测高频信号,因为这些二极管具有通过高频AC时阻断直流信号的特征。
几乎所有信号二极管均为硅或锗,但两种类型的规格略有不同。硅二极管具有较高的反向电阻,而锗二极管的耐药性较低。硅二极管的切口电压为0.6至0.7 V,锗二极管为0.2至0.3V。硅二极管具有较低的正向电阻,可允许向前电流的高峰和反向电压。信号二极管的符号与通用二极管相同。
信号二极管VI特征
The VI characteristics of a signal diode are the same as of any semiconductor diode.
二极管进行电流时积极的供给applied to the anode, and negative supply is applied to the cathode. The diode blocks any current if the voltage is applied in the reverse direction. Ideally, a signal diode must completely block a negative signal. If the peak of the negative signal is beyond the Zener voltage of the signal diode, it must break and may get permanently damaged. So, a signal diode is expected to work as a perfect one-way valve for high-frequency electronic signals. The positive signal should be higher than the knee voltage of the diode to be visible across the cathode of the diode. Usually, communication and switching circuits operate at signals 4V and higher. Therefore, a voltage drop of 0.3V for a germanium diode or 0.7V for a silicon diode has a negligible impact on the output signal levels.
Signal diode construction
小信号二极管被构造为具有小连接区域的PN二极管。较小的连接区域使二极管具有较小的连接电容。这也将二极管的反向恢复时间缩短为几纳秒或更少。小连接电容和快速响应使该二极管适用于高频应用。信号二极管的最简单结构是在N型硅上注入P型硅。但是,简单的结构的规格较低。
信号二极管的更好构造是Mesa二极管。在MESA二极管中,PN块的一部分被蚀刻了。这使二极管具有高高的高原结构。另外,将N型层分为两个区域 - 一个区域,一个在P型材料附近,该区域被轻轻掺杂,另一个在阴极接触附近的重掺杂层。整个结构是由氧化硅或钝化玻璃的封装层绝缘的,以保护二极管免受氧化的影响。MESA'DIODE构造使信号二极管更加可靠,并可以更好地预测其参数。
信号二极管规范
信号二极管具有各种二极管规格。这些静态特性在选择给定应用的特定模型中起着重要作用。一些重要的信号二极管规范如下 -
- 最大向前电流- 这是允许流经二极管的最大正向电流。当二极管向前偏置时,通过它的电流呈指数增长。电流通过二极管以热的形式消散能量。随着越来越多的电流流经二极管,其连接处产生更多的热量。这导致热超负荷导致二极管失败或损坏。这就是为什么所有信号二极管具有最大正向电流额定值的原因。通常,它在MA中,可用于室温(25°C)。可以连接带有信号二极管的串联电阻器,以保护二极管免受高电流的侵害。最大正向电流表示为直流信号的“连续向前电流”,而AC信号的“重复向前电流”。重复的正向电流额定值始终比连续向前电流等级高(几乎是两倍或更大)。 The maximum current rating is also indicated as a non-repetitive peak forward current. This is typically given with respect to square waves of tested time periods. This rating is useful in determining the usefulness of the diode in high-frequency semiconductor applications whose peak signal amplitudes and frequency are well-defined.
- Maximum Reverse Voltage– It is the maximum reverse operating voltage that can be applied to the signal diode without reverse breakdown and damaging it. It is always less than the avalanche breakdown voltage and can range from few volts to thousands of volts. The PIV rating is a very crucial factor to consider whenever the signal diode has to be applied in AC applications. It must be considered whenever the diode is replaced in a circuit. The maximum reverse voltage is indicated as ‘continuous reverse voltage’ for DC signals and ‘repetitive reverse voltage’ for AC signals. Usually, both ratings are the same. So, the signal diodes have the same PIV rating for DC and AC applications.
- 总功率耗散- 这是信号二极管可以在正向偏置条件下消散的最大功率。如前所述,信号二极管以整个连接的热量形式消散电力。电流通过二极管呈指数升高,以实现向前电压的微小变化。功率耗散是通过向前电压和通过二极管电流的乘法得出的(p = v*i)。信号二极管的总功率耗散位于室温的MW范围内。
- 最大工作温度- 它表示为二极管数据表中的连接温度。它与二极管的功率耗散有关。它以摄氏度为单位提供。连接温度取决于正向电流和环境温度。这两个因素都会增加连接温度或二极管的工作温度。
- 向前电压– The forward voltage is provided for different current levels. It is typically 0.6V to 1V for silicon diodes and 0.2 to 0.5V for germanium diodes.
- Reverse Current- 由于金属接触在反向偏置条件下,总反向电流包括反向饱和电流和电流。它用于给定的反向电压,通常在UA或NA范围内。
- 二极管电容– It is the junction capacitance of the signal diode. It is provided for a particular frequency and is typically in the pF range.
- 反向恢复时间– It is an important factor for the selection of diode in switching applications. It is provided for a particular current level within a given range of forward and reverse current for a known load resistance. It is typically in nanoseconds.
- 向前恢复电压- 切换信号二极管的正向电流水平所需的电压。它是高速开关应用程序的有用参数。它通常大于二极管的正向电压。
除上述规格外,信号二极管的数据表具有许多图形。值得注意的是,连续向前电流在环境温度下绘制,反向电流绘制为连接温度的函数,向前电流绘制为正向电压的函数,重复的峰向正向电压绘制为脉冲持续时间的函数,该函数是脉冲持续时间,并将二极管电容绘制为反向电压的函数。这些图显示了各种参数的相互依赖性及其在正向和反向特征区域中的适用性。
下表列出了一些流行的信号二极管,并列出了其显着参数。
请注意,此列表绝不详尽。不可能。但是,此列表可以是探索信号二极管的起点。查找上述信号二极管的数据表。观察为它们给出的常见参数和规格。您会发现一些数据表非常详细且精心设计,而您可能会非常精确地发现一些数据表。例如,以下数据表1N4148signal diode has lots of details. However, the following datasheet of1N4151非常精确。
比较两个数据表中基本指示的数据表和图形的共同参数和规格。数百家制造商可获得成千上万个信号二极管。研究并找出最受欢迎的信号二极管。尝试探索为什么有些信号二极管更受欢迎,而有些则具有特定的应用程序。
信号二极管应用
信号二极管的一些常见应用如下:
Wave shaping or clipping- 信号二极管经常用于剪辑交流信号。一个或多个信号二极管可用于夹紧输入信号。一个信号二极管只能夹紧正循环或仅一个负循环。使用两个信号二极管可以将输入AC信号的两个循环夹住。如果平行于输入端口连接,信号二极管在正向偏置条件下绕过剪辑信号。在二极管的反向偏置周期中获得了未拉开的输出信号。如果两个循环都使用信号二极管形成,则两个信号二极管在相反的配置中连接到电路。因此,一个二极管在一个周期中运行,另一个二极管在交流波的另一个周期上运行。信号二极管如果与输入信号串联连接,则绕过未拉开的信号。如果交流信号的峰值电压不高,则二极管的正向电压可能会对波形构造产生重大影响。
夹紧和直流修复– Signal diodes are used for altering the DC level of AC signals. This is called diode clamping or DC restoration. A clamper circuit essentially involves a signal diode and a capacitor. Diode clamping is often used in digital circuits to reset upper and lower limits of square wave signals to either communicate signals between two systems of different signal levels or for other specific requirements like adjustment of pixel brightness of a display screen.
保护二极管- 信号二极管还用于保护其他半导体设备和界面免受突然的电压尖峰和过度信号电压。这种保护机制通常是在半导体电路或接口控制高功率执行器的控制系统中需要的。自由二极管被广泛用于保护半导体设备。信号二极管与电感载荷并行连接,该电感载荷可用于抑制电压尖峰和瞬变。freewheel Diodes通常用于保护MOSFET和动力晶体管免受电感载荷(例如电动机)和反向电池保护的损坏。
电压调节- 在某些情况下,信号二极管也可以用于简单的电压调节。在正向偏置区域中,信号二极管在其上有恒定的电压下降。通过连接,许多信号二极管串联,可以从输入电压中卸下固定电压。对于电压调节,齐纳二极管是更好的选择。尽管如此,可以使用信号二极管来实现简单的电压调节。
信号二极管包
数百家制造商可获得成千上万个信号二极管模型。信号二极管最常见于整孔和SMD软件包中的离散组件。还可以使用信号二极管阵列来保护计算机和数字电路中的数据线,并保护数据端口免受电压尖峰和ESD的影响。二极管阵列可作为孤立的二极管,公共阴极和公共阳极阵列可用。
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