光電二極管的分類

March 28, 2019

光電二極管" 英文通常稱為 Photo-Diode
 

    光電二極管和普通二極管一樣，也是由一個PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，也具有單方向?qū)щ娞匦?。但是，在電路中不是用它作整流元件，而是通過它把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。那么，它是怎樣把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的呢？大家知道，普通二極管在反向電壓作用在處于截止?fàn)顟B(tài)，只能流過微弱的反向電流，光電二極管在設(shè)計和制作時盡量使PN結(jié)的面積相對較大，以便接收入射光。光電二極管是在反向電壓作用在工作的，沒有光照時，反向電流極其微弱，叫暗電流；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為光電流。光的強度約大，反向電流也約大。光的變化引起光電二極管電流變化，這就可以把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，成為光電傳感器件。
 

 

一、根據(jù)構(gòu)造分類 
 

　　半導(dǎo)體二極管主要是依*PN結(jié)而工作的。與PN結(jié)不可分割的點接觸型和肖特基型，也被列入一般的二極管的范圍內(nèi)。包括這兩種型號在內(nèi)，根據(jù)PN結(jié)構(gòu)造面的特點，把晶體二極管分類如下： 
 

  1、點接觸型二極管 

　　點接觸型二極管是在鍺或硅材料的單晶片上壓觸一根金屬針后，再通過電流法而形成的。因此，其PN結(jié)的靜電容量小，適用于高頻電路。但是，與面結(jié)型相比較，點接觸型二極管正向特性和反向特性都差，因此，不能使用于大電流和整流。因為構(gòu)造簡單，所以價格便宜。對于小信號的檢波、整流、調(diào)制、混頻和限幅等一般用途而言，它是應(yīng)用范圍較廣的類型。

 

2、鍵型二極管 

　　鍵型二極管是在鍺或硅的單晶片上熔接或銀的細(xì)絲而形成的。其特性介于點接觸型二極管和合金型二極管之間。與點接觸型相比較，雖然鍵型二極管的PN結(jié)電容量稍有增加，但正向特性特別優(yōu)良。多作開關(guān)用，有時也被應(yīng)用于檢波和電源整流（不大于50mA）。在鍵型二極管中，熔接金絲的二極管有時被稱金鍵型，熔接銀絲的二極管有時被稱為銀鍵型。

 

3、合金型二極管 

　　在N型鍺或硅的單晶片上，通過合金銦、鋁等金屬的方法制作PN結(jié)而形成的。正向電壓降小，適于大電流整流。因其PN結(jié)反向時靜電容量大，所以不適于高頻檢波和高頻整流。

 

4、擴散型二極管 

　　在高溫的P型雜質(zhì)氣體中，加熱N型鍺或硅的單晶片，使單晶片表面的一部變成P型，以此法PN結(jié)。因PN結(jié)正向電壓降小，適用于大電流整流。最近，使用大電流整流器的主流已由硅合金型轉(zhuǎn)移到硅擴散型。

 

5、臺面型二極管 

　　PN結(jié)的制作方法雖然與擴散型相同，但是，只保留PN結(jié)及其必要的部分，把不必要的部分用藥品腐蝕掉。其剩余的部分便呈現(xiàn)出臺面形，因而得名。初期生產(chǎn)的臺面型，是對半導(dǎo)體材料使用擴散法而制成的。因此，又把這種臺面型稱為擴散臺面型。對于這一類型來說，似乎大電流整流用的產(chǎn)品型號很少，而小電流開關(guān)用的產(chǎn)品型號卻很多。

 

6、平面型二極管 

　　在半導(dǎo)體單晶片（主要地是N型硅單晶片）上，擴散P型雜質(zhì)，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅單晶片上僅選擇性地擴散一部分而形成的PN結(jié)。因此，不需要為調(diào)整PN結(jié)面積的藥品腐蝕作用。由于半導(dǎo)體表面被制作得平整，故而得名。并且，PN結(jié)合的表面，因被氧化膜覆蓋，所以公認(rèn)為是穩(wěn)定性好和壽命長的類型。最初，對于被使用的半導(dǎo)體材料是采用外延法形成的，故又把平面型稱為外延平面型。對平面型二極管而言，似乎使用于大電流整流用的型號很少，而作小電流開關(guān)用的型號則很多。

 

7、合金擴散型二極管 

　　它是合金型的一種。合金材料是容易被擴散的材料。把難以制作的材料通過巧妙地?fù)脚潆s質(zhì)，就能與合金一起過擴散，以便在已經(jīng)形成的PN結(jié)中獲得雜質(zhì)的恰當(dāng)?shù)臐舛确植?。此法適用于制造高靈敏度的變?nèi)荻O管。

 

8、外延型二極管 

　　用外延面長的過程制造PN結(jié)而形成的二極管。制造時需要非常高超的技術(shù)。因能隨意地控制雜質(zhì)的不同濃度的分布，故適宜于制造高靈敏度的變?nèi)荻O管。

 

9、肖特基二極管 

　　基本原理是：在金屬（例如鉛）和半導(dǎo)體（N型硅片）的接觸面上，用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。肖特基與PN結(jié)的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長是：開關(guān)速度非?？欤悍聪蚧謴?fù)時間trr特別地短。因此，能制作開關(guān)二極和低壓大電流整流二極管。

 

二、根據(jù)用途分類

 

1、檢波用二極管 

　　就原理而言，從輸入信號中取出調(diào)制信號是檢波，以整流電流的大?。?00mA）作為界線通常把輸出電流小于100mA的叫檢波。鍺材料點接觸型、工作頻率可達(dá)400MHz，正向壓降小，結(jié)電容小，檢波效率高，頻率特性好，為2AP型。類似點觸型那樣檢波用的二極管，除用于檢波外，還能夠用于限幅、削波、調(diào)制、混頻、開關(guān)等電路。也有為調(diào)頻檢波專用的特性一致性好的兩只二極管組合件。

 

2、整流用二極管 

　　就原理而言，從輸入交流中得到輸出的直流是整流。以整流電流的大小（100mA）作為界線通常把輸出電流大于100mA的叫整流。面結(jié)型，工作頻率小于KHz，最高反向電壓從25伏至3000伏分A～X共22檔。分類如下：①硅半導(dǎo)體整流二極管2CZ型、②硅橋式整流器QL型、③用于電視機高壓硅堆工作頻率近100KHz的2CLG型。

 

3、限幅用二極管 

　　大多數(shù)二極管能作為限幅使用。也有象保護(hù)儀表用和高頻齊納管那樣的專用限幅二極管。為了使這些二極管具有特別強的限制尖銳振幅的作用，通常使用硅材料制造的二極管。也有這樣的組件出售：依據(jù)限制電壓需要，把若干個必要的整流二極管串聯(lián)起來形成一個整體。

 

4、調(diào)制用二極管 

　　通常指的是環(huán)形調(diào)制專用的二極管。就是正向特性一致性好的四個二極管的組合件。即使其它變?nèi)荻O管也有調(diào)制用途，但它們通常是直接作為調(diào)頻用。

 

5、混頻用二極管 

　　使用二極管混頻方式時，在500～10,000Hz的頻率范圍內(nèi)，多采用肖特基型和點接觸型二極管。

 

6、放大用二極管 

　　用二極管放大，大致有依*隧道二極管和體效應(yīng)二極管那樣的負(fù)阻性器件的放大，以及用變?nèi)荻O管的參量放大。因此，放大用二極管通常是指隧道二極管、體效應(yīng)二極管和變?nèi)荻O管。

 

7、開關(guān)用二極管 

　　有在小電流下（10mA程度）使用的邏輯運算和在數(shù)百毫安下使用的磁芯激勵用開關(guān)二極管。小電流的開關(guān)二極管通常有點接觸型和鍵型等二極管，也有在高溫下還可能工作的硅擴散型、臺面型和平面型二極管。開關(guān)二極管的特長是開關(guān)速度快。而肖特基型二極管的開關(guān)時間特短，因而是理想的開關(guān)二極管。2AK型點接觸為中速開關(guān)電路用；2CK型平面接觸為高速開關(guān)電路用；用于開關(guān)、限幅、鉗位或檢波等電路；肖特基（SBD）硅大電流開關(guān)，正向壓降小，速度快、效率高。

 

8、變?nèi)荻O管 

   用于自動頻率控制（AFC）和調(diào)諧用的小功率二極管稱變?nèi)荻O管。日本廠商方面也有其它許多叫法。通過施加反向電壓， 使其PN結(jié)的靜電容量發(fā)生變化。因此，被使用于自動頻率控制、掃描振蕩、調(diào)頻和調(diào)諧等用途。通常，雖然是采用硅的擴散型二極管，但是也可采用合金擴散型、外延結(jié)合型、雙重擴散型等特殊制作的二極管，因為這些二極管對于電壓而言，其靜電容量的變化率特別大。結(jié)電容隨反向電壓VR變化，取代可變電容，用作調(diào)諧回路、振蕩電路、鎖相環(huán)路，常用于電視機高頻頭的頻道轉(zhuǎn)換和調(diào)諧電路，多以硅材料制作。

 

9、頻率倍增用二極管 

　　對二極管的頻率倍增作用而言，有依*變?nèi)荻O管的頻率倍增和依*階躍（即急變）二極管的頻率倍增。頻率倍增用的變?nèi)荻O管稱為可變電抗器，可變電抗器雖然和自動頻率控制用的變?nèi)荻O管的工作原理相同，但電抗器的構(gòu)造卻能承受大功率。階躍二極管又被稱為階躍恢復(fù)二極管，從導(dǎo)通切換到關(guān)閉時的反向恢復(fù)時間trr短，因此，其特長是急速地變成關(guān)閉的轉(zhuǎn)移時間顯著地短。如果對階躍二極管施加正弦波，那么，因tt（轉(zhuǎn)移時間）短，所以輸出波形急驟地被夾斷，故能產(chǎn)生很多高頻諧波。

 

10、穩(wěn)壓二極管 

　　是代替穩(wěn)壓電子二極管的產(chǎn)品。被制作成為硅的擴散型或合金型。是反向擊穿特性曲線急驟變化的二極管。作為控制電壓和標(biāo)準(zhǔn)電壓使用而制作的。二極管工作時的端電壓（又稱齊納電壓）從3V左右到150V，按每隔10%，能劃分成許多等級。在功率方面，也有從200mW至100W以上的產(chǎn)品。工作在反向擊穿狀態(tài)，硅材料制作，動態(tài)電阻RZ很小，一般為2CW型；將兩個互補二極管反向串接以減少溫度系數(shù)則為2DW型。

 

11、PIN型二極管（PIN Diode） 

　　這是在P區(qū)和N區(qū)之間夾一層本征半導(dǎo)體（或低濃度雜質(zhì)的半導(dǎo)體）構(gòu)造的晶體二極管。PIN中的I是“本征”意義的英文略語。當(dāng)其工作頻率超過100MHz時，由于少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)和“本征”層中的渡越時間效應(yīng)，其二極管失去整流作用而變成阻抗元件，并且，其阻抗值隨偏置電壓而改變。在零偏置或直流反向偏置時，“本征”區(qū)的阻抗很高；在直流正向偏置時，由于載流子注入“本征”區(qū)，而使“本征”區(qū)呈現(xiàn)出低阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，可以把PIN二極管作為可變阻抗元件使用。它常被應(yīng)用于高頻開關(guān)（即微波開關(guān)）、移相、調(diào)制、限幅等電路中。

 

12、 雪崩二極管 (Avalanche Diode) 

　　它是在外加電壓作用下可以產(chǎn)生高頻振蕩的晶體管。產(chǎn)生高頻振蕩的工作原理是欒的：利用雪崩擊穿對晶體注入載流子，因載流子渡越晶片需要一定的時間，所以其電流滯后于電壓，出現(xiàn)延遲時間，若適當(dāng)?shù)乜刂贫稍綍r間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng)，從而產(chǎn)生高頻振蕩。它常被應(yīng)用于微波領(lǐng)域的振蕩電路中。

 

13、江崎二極管 （Tunnel Diode） 

　　它是以隧道效應(yīng)電流為主要電流分量的晶體二極管。其基底材料是砷化鎵和鍺。其P型區(qū)的N型區(qū)是高摻雜的（即高濃度雜質(zhì)的）。隧道電流由這些簡并態(tài)半導(dǎo)體的量子力學(xué)效應(yīng)所產(chǎn)生。發(fā)生隧道效應(yīng)具備如下三個條件：①費米能級位于導(dǎo)帶和滿帶內(nèi)；②空間電荷層寬度必須很窄（0.01微米以下）；簡并半導(dǎo)體P型區(qū)和N型區(qū)中的空穴和電子在同一能級上有交疊的可能性。江崎二極管為雙端子有源器件。其主要參數(shù)有峰谷電流比（IP／PV），其中，下標(biāo)“P”代表“峰”；而下標(biāo)“V”代表“谷”。江崎二極管可以被應(yīng)用于低噪聲高頻放大器及高頻振蕩器中（其工作頻率可達(dá)毫米波段），也可以被應(yīng)用于高速開關(guān)電路中。

 

14、快速關(guān)斷（階躍恢復(fù)）二極管 (Step Recovary Diode) 

　　它也是一種具有PN結(jié)的二極管。其結(jié)構(gòu)上的特點是：在PN結(jié)邊界處具有陡峭的雜質(zhì)分布區(qū)，從而形成“自助電場”。由于PN結(jié)在正向偏壓下，以少數(shù)載流子導(dǎo)電，并在PN結(jié)附近具有電荷存貯效應(yīng)，使其反向電流需要經(jīng)歷一個“存貯時間”后才能降至最小值（反向飽和電流值）。階躍恢復(fù)二極管的“自助電場”縮短了存貯時間，使反向電流快速截止，并產(chǎn)生豐富的諧波分量。利用這些諧波分量可設(shè)計出梳狀頻譜發(fā)生電路?？焖訇P(guān)斷（階躍恢復(fù)）二極管用于脈沖和高次諧波電路中。

 

15、肖特基二極管 （Schottky Barrier Diode） 

　　它是具有肖特基特性的“金屬半導(dǎo)體結(jié)”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除材料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵，多為N型半導(dǎo)體。這種器件是由多數(shù)載流子導(dǎo)電的，所以，其反向飽和電流較以少數(shù)載流子導(dǎo)電的PN結(jié)大得多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)甚微，所以其頻率響僅為RC時間常數(shù)限制，因而，它是高頻和快速開關(guān)的理想器件。其工作頻率可達(dá)100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導(dǎo)體）肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發(fā)光二極管。

 

16、阻尼二極管 

　　具有較高的反向工作電壓和峰值電流，正向壓降小，高頻高壓整流二極管，用在電視機行掃描電路作阻尼和升壓整流用。

 

17、瞬變電壓抑制二極管 

　　TVP管，對電路進(jìn)行快速過壓保護(hù)，分雙極型和單極型兩種，按峰值功率（500W－5000W）和電壓（8.2V～200V）分類。

 

18、雙基極二極管（單結(jié)晶體管） 

　　兩個基極，一個發(fā)射極的三端負(fù)阻器件，用于張馳振蕩電路，定時電壓讀出電路中，它具有頻率易調(diào)、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

 

19、發(fā)光二極管 

　　用磷化鎵、磷砷化鎵材料制成，體積小，正向驅(qū)動發(fā)光。工作電壓低，工作電流小，發(fā)光均勻、壽命長、可發(fā)紅、黃、綠單色光。

 

三、根據(jù)特性分類 
 

     點接觸型二極管，按正向和反向特性分類如下。

 

1、一般用點接觸型二極管 

       這種二極管正如標(biāo)題所說的那樣，通常被使用于檢波和整流電路中，是正向和反向特性既不特別好，也不特別壞的中間產(chǎn)品。如：SD34、SD46、1N34A等等屬于這一類。

 

2、高反向耐壓點接觸型二極管 

　　是最大峰值反向電壓和最大直流反向電壓很高的產(chǎn)品。使用于高壓電路的檢波和整流。這種型號的二極管一般正向特性不太好或一般。在點接觸型鍺二極管中，有SD38、1N38A、OA81等等。這種鍺材料二極管，其耐壓受到限制。要求更高時有硅合金和擴散型。

 

3、高反向電阻點接觸型二極管 

　　正向電壓特性和一般用二極管相同。雖然其反方向耐壓也是特別地高，但反向電流小，因此其特長是反向電阻高。使用于高輸入電阻的電路和高阻負(fù)荷電阻的電路中，就鍺材料高反向電阻型二極管而言，SD54、1N54A等等屬于這類二極管。

 

4、高傳導(dǎo)點接觸型二極管 

　　它與高反向電阻型相反。其反向特性盡管很差，但使正向電阻變得足夠小。對高傳導(dǎo)點接觸型二極管而言，有SD56、1N56A等等。對高傳導(dǎo)鍵型二極管而言，能夠得到更優(yōu)良的特性。這類二極管，在負(fù)荷電阻特別低的情況下，整流效率較高。 在開關(guān)電源中,所需的整流二極管必須具有正向壓降低,快速恢復(fù)的特點,還應(yīng)具有足夠的輸出功率,可以使用1.高效快速恢復(fù)二極管;2高效超快速二極管;3肖特基勢壘整流二極管.快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)二極管具有適中的和較高的正向壓降,其範(fàn)圍是從0.8---1.2v.這兩種整流二極管還具有較高的截止電壓參數(shù).因此,它們特別適合於在輸入小功率,電壓在12v左右的輔助電源電路中使用. 
 

     由於現(xiàn)代的開關(guān)電源工作頻率都在20khz以上,比起一般的整流二極管,快速恢復(fù)二極管和超快速恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間減小到了毫微秒極.因此,大大提高了電源的效率.據(jù)經(jīng)驗,在選擇快速恢復(fù)二極管時,其反向恢復(fù)時間至少應(yīng)該比開關(guān)晶體管的上升時間低三倍.這兩種整流二極管還減少了開關(guān)電壓尖峰.而這種尖峰直接影響輸出直流電壓的紋波.雖然某些稱為軟恢復(fù)型整流二極管的噪聲較小,但是它們的反向恢復(fù)時間trr較長,反向電流Irm也較大.因此使得開關(guān)損耗較大.快速恢復(fù)整流二極管和超快恢復(fù)整流二極管在開關(guān)電源中作為整流器使用時,是否需要散熱器,要根據(jù)電路的最大功率決定.一般情況下,這些二極管再製造時允許的結(jié)溫在175度.生產(chǎn)廠家對其產(chǎn)品都有技術(shù)說明,提供給設(shè)計者去計算最大的輸出工作電流,電壓,及外殼溫度等.

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