基于微控制器的項(xiàng)目或其他電子和電氣項(xiàng)目是通過(guò)使用電氣和電子設(shè)備中的一些基本組件來(lái)設(shè)計(jì)的，這些組件被歸類(lèi)為元件。儲(chǔ)存或耗散能量的元件稱(chēng)為被動(dòng)元件，提供或充分控制能量流的元件稱(chēng)為主動(dòng)元件。這些基本元件包括電阻器，電感器，不同類(lèi)型的二極管，包括晶體二極管，耿氏二極管，珀?duì)柕贍柖O管，齊納二極管，隧道二極管，變?nèi)荻O管等。變壓器，電容器，半導(dǎo)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(cè)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

晶體二極管

鍺晶體二極管

半導(dǎo)體二極管或PN結(jié)二極管是一種雙端器件，它只允許電流在一個(gè)方向上流動(dòng)并阻止電流流向另一個(gè)方向。這兩個(gè)端子是陽(yáng)極和陰極。如果陽(yáng)極電壓大于陰極電壓，則二極管開(kāi)始導(dǎo)通。晶體二極管也稱(chēng)為貓須二極管或點(diǎn)接觸二極管或晶體。這些二極管微波半導(dǎo)體器件是在第二次世界大戰(zhàn)期間開(kāi)發(fā)的，用于微波接收器和探測(cè)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(dǎo)體晶體和點(diǎn)之間的接觸壓力。它由兩個(gè)部分組成 —— 一個(gè)帶有一個(gè)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(chēng)為Cat whisker wire)，它們壓在晶體上形成另一個(gè)部分。為了在晶體周?chē)纬蒔型區(qū)域，在制造晶體二極管或點(diǎn)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(jié)并且其行為類(lèi)似于正常的PN結(jié)。

點(diǎn)接觸二極管

但是，晶體二極管的特性不同于PN結(jié)二極管的特性。在正向偏置條件下，與普通PN結(jié)二極管相比，點(diǎn)接觸二極管的電阻高。在反向偏壓條件下，在點(diǎn)接觸二極管的情況下，通過(guò)二極管的電流不像施加到晶體的電壓那樣獨(dú)立于結(jié)二極管的情況。與二極管兩側(cè)之間的結(jié)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(shí)，電路中流過(guò)非常小的電容電流。

晶體二極管原理圖符號(hào)

通常，我們知道當(dāng)陽(yáng)極電壓大于陰極電壓時(shí)，P-N結(jié)二極管或半導(dǎo)體二極管導(dǎo)通。該電路可以通過(guò)三種方式實(shí)現(xiàn)：近似模型，簡(jiǎn)化模型和理想模型。每種型號(hào)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(duì)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(lián)的理想二極管，正向電阻Rf和勢(shì)壘Vo組成。實(shí)際的二極管必須克服勢(shì)壘Vo和內(nèi)部壓降VfRf。由于電流If流過(guò)內(nèi)部電阻Rf，在二極管兩端出現(xiàn)電壓降。

晶體二極管電路近似模型

僅當(dāng)施加的正向電壓Vf超過(guò)勢(shì)壘電壓Vo時(shí)，二極管才開(kāi)始導(dǎo)通。

簡(jiǎn)化模型

在該模型中，不考慮內(nèi)阻Rf。因此，等效電路僅由勢(shì)壘Vo組成。對(duì)于二極管電路分析，最常使用該模型。

晶體二極管電路簡(jiǎn)化模型

理想模型

在該模型中，不考慮內(nèi)阻Rf和勢(shì)壘Vo。事實(shí)上，實(shí)際中并沒(méi)有理想的二極管，并且假設(shè)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(yīng)用

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

晶體二極管整流器

德國(guó)物理學(xué)家費(fèi)迪南德·布勞恩在研究1874年導(dǎo)電和電解質(zhì)晶體的特性時(shí)發(fā)現(xiàn)了金屬和一些晶體材料接觸點(diǎn)的整流效應(yīng)。當(dāng)最高純度的材料不可用時(shí)，本發(fā)明的硫化鉛基點(diǎn)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(zhuǎn)換為DC。因?yàn)樗鼉H在一個(gè)方向上導(dǎo)通并且阻擋與正常二極管類(lèi)似的反向電流 - 它可以用于設(shè)計(jì)半波，全波和橋式整流器電路。

晶體二極管探測(cè)器

在20世紀(jì)，它主要用于水晶收音機(jī)中作為信號(hào)檢測(cè)器。晶體表面與細(xì)金屬探針接觸。因此，點(diǎn)接觸二極管獲得了貓須探測(cè)器的描述性名稱(chēng)。這些是過(guò)時(shí)的，由作為陽(yáng)極的薄的尖銳金屬線和作為陰極的半導(dǎo)體晶體組成。這種被稱(chēng)為貓須線的陽(yáng)極細(xì)金屬線壓在陰極晶體上。這些晶體二極管探測(cè)器是在20世紀(jì)初開(kāi)發(fā)的，用于尋找半導(dǎo)體材料晶體陰極上的熱點(diǎn)，該熱點(diǎn)可手動(dòng)調(diào)節(jié)以獲得最佳的無(wú)線電波檢測(cè)。

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

手動(dòng)調(diào)節(jié)晶體二極管

首先，需要通過(guò)搜索整個(gè)表面來(lái)識(shí)別敏感點(diǎn)，因?yàn)樗恼駝?dòng)會(huì)很快丟失。因此，為了使整個(gè)表面敏感并避免搜索敏感點(diǎn)，這種礦物被N摻雜半導(dǎo)體取代。

科學(xué)家GW Pickard在1906年通過(guò)使用尖頭金屬接觸在半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生局部P型區(qū)域來(lái)完善該器件。為了使其電氣和機(jī)械穩(wěn)定，通過(guò)將金屬點(diǎn)固定在適當(dāng)位置，將整個(gè)點(diǎn)接觸二極管封裝在圓柱體中。盡管存在許多二極管，例如結(jié)二極管和現(xiàn)代半導(dǎo)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(cè)器。