晶體二極管電路的工作原理及應用

基于微控制器的項目或其他電子和電氣項目是通過使用電氣和電子設備中的一些基本組件來設計的，這些組件被歸類為元件。儲存或耗散能量的元件稱為被動元件，提供或充分控制能量流的元件稱為主動元件。這些基本元件包括電阻器，電感器，不同類型的二極管，包括晶體二極管，耿氏二極管，珀爾蒂爾二極管，齊納二極管，隧道二極管，變容二極管等。變壓器，電容器，半導體，晶體管，晶閘管，集成電路，光電器件，真空管，傳感器，憶阻器，傳感器，探測器，天線等。在本文中，我們將討論最常用的電子元器件晶體二極管。

晶體二極管

鍺晶體二極管

半導體二極管或PN結二極管是一種雙端器件，它只允許電流在一個方向上流動并阻止電流流向另一個方向。這兩個端子是陽極和陰極。如果陽極電壓大于陰極電壓，則二極管開始導通。晶體二極管也稱為貓須二極管或點接觸二極管或晶體。這些二極管微波半導體器件是在第二次世界大戰期間開發的，用于微波接收器和探測器。

晶體二極管電路工作原理

晶體二極管的工作取決于半導體晶體和點之間的接觸壓力。它由兩個部分組成 —— 一個帶有一個截面的N型硅的小矩形晶體，以及一種是鈹-銅、青銅-磷和鎢絲(稱為Cat whisker wire)，它們壓在晶體上形成另一個部分。為了在晶體周圍形成P型區域，在制造晶體二極管或點接觸二極管期間，大電流從貓須傳遞到硅晶體。因此，形成PN結并且其行為類似于正常的PN結。

點接觸二極管

但是，晶體二極管的特性不同于PN結二極管的特性。在正向偏置條件下，與普通PN結二極管相比，點接觸二極管的電阻高。在反向偏壓條件下，在點接觸二極管的情況下，通過二極管的電流不像施加到晶體的電壓那樣獨立于結二極管的情況。與二極管兩側之間的結二極管電容相比，貓須和晶體之間的電容較小。因此，電容的電抗很高，并且在高頻時，電路中流過非常小的電容電流。

晶體二極管原理圖符號

通常，我們知道當陽極電壓大于陰極電壓時，P-N結二極管或半導體二極管導通。該電路可以通過三種方式實現：近似模型，簡化模型和理想模型。每種型號的晶體二極管電路如下所示。如果我們施加正向電壓Vf，則圖中示出了作為Vf對If的二極管的特性。

近似模型

晶體二極管電路的近似模型由串聯的理想二極管，正向電阻Rf和勢壘Vo組成。實際的二極管必須克服勢壘Vo和內部壓降VfRf。由于電流If流過內部電阻Rf，在二極管兩端出現電壓降。

晶體二極管電路近似模型

僅當施加的正向電壓Vf超過勢壘電壓Vo時，二極管才開始導通。

簡化模型

在該模型中，不考慮內阻Rf。因此，等效電路僅由勢壘Vo組成。對于二極管電路分析，最常使用該模型。

晶體二極管電路簡化模型

理想模型

在該模型中，不考慮內阻Rf和勢壘Vo。事實上，實際中并沒有理想的二極管，并且假設在某些二極管電路分析中存在理想的二極管。

晶體二極管電路理想模型

晶體二極管應用

這些二極管用于許多應用，如晶體無線電接收器。在本文中，最常用的晶體二極管應用如晶體二極管整流器和晶體二極管檢測器如下所述。

晶體二極管整流器

德國物理學家費迪南德·布勞恩在研究1874年導電和電解質晶體的特性時發現了金屬和一些晶體材料接觸點的整流效應。當最高純度的材料不可用時，本發明的硫化鉛基點接觸整流器。

晶體二極管整流器

晶體二極管可用作整流器，將AC轉換為DC。因為它僅在一個方向上導通并且阻擋與正常二極管類似的反向電流 - 它可以用于設計半波，全波和橋式整流器電路。

晶體二極管探測器

在20世紀，它主要用于水晶收音機中作為信號檢測器。晶體表面與細金屬探針接觸。因此，點接觸二極管獲得了貓須探測器的描述性名稱。這些是過時的，由作為陽極的薄的尖銳金屬線和作為陰極的半導體晶體組成。這種被稱為貓須線的陽極細金屬線壓在陰極晶體上。這些晶體二極管探測器是在20世紀初開發的，用于尋找半導體材料晶體陰極上的熱點，該熱點可手動調節以獲得最佳的無線電波檢測。

這些主要是在1906年使用礦物晶體方鉛礦或一塊煤開發的，但大多數最近的二極管正在使用硅，硒和鍺開發。由于該二極管允許電流僅在一個方向上流動，因此DC電壓由整流的載波信號提供以驅動耳機。1946年，Sylvania率先在商用晶體二極管1N34中首次使用鍺。

手動調節晶體二極管

首先，需要通過搜索整個表面來識別敏感點，因為它的振動會很快丟失。因此，為了使整個表面敏感并避免搜索敏感點，這種礦物被N摻雜半導體取代。

科學家GW Pickard在1906年通過使用尖頭金屬接觸在半導體內產生局部P型區域來完善該器件。為了使其電氣和機械穩定，通過將金屬點固定在適當位置，將整個點接觸二極管封裝在圓柱體中。盡管存在許多二極管，例如結二極管和現代半導體，但由于它們的低電容，這些晶體二極管仍被用作微波頻率檢測器。

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