信号二极管电路符号、种类及应用特性

二极管通常用作简单的整流器、混合信号的混频器以及打开或关闭电路的开关。混频器中的二极管用于检测信号，这些二极管通常称为信号二极管。

目前，信号二极管用于电气和电子电路中，形成一种由半导体晶体设计的小元件。在本文当中，小编简单介绍下信号二极管电路符号、种类及应用特性。

信号二极管的概念

信号二极管是一种非线性半导体器件，用于涉及高频或小电流的地方，例如电视、无线电和数字逻辑电路。术语“信号二极管”经常用于指代“小信号二极管”。目前，这些二极管用作由半导体晶体制成的电气和电子电路中的小元件。

信号二极管的功能是处理电路内的电信号，因此只需它们即可通过高达100mA的小电流。信号二极管符号如下图所示。通常，这些二极管包括阳极和阴极两个端子，其中该二极管的阴极端子用黑色标记，以识别二极管并将其正确放置在电路中。

信号二极管的结构和工作原理

信号二极管的结构类似于台面结构二极管，因为在台面二极管中，PN块的一个元件可以被蚀刻掉，从而提供高顶平台结构。信号二极管包括两层P型和N型。N型层分为两个区域，如N-和N+，其中一个区域 (N-) 靠近轻掺杂的P型材料，而另一层靠近重掺杂的阴极触点。

整个结构通过氧化硅绝缘层或玻璃层保护，以保护二极管不被氧化。因此，台面二极管的结构将使二极管更加一致，从而更好地预测其参数。

一旦正极电源被施加到阳极并且负电源被施加到二极管的阴极，那么二极管就会传导电流。如果电压以相反的方向给出，则二极管会阻止任何电流。理想情况下，信号二极管必须完全阻断负信号。

信号二极管的类型

目前主要有两种类型的信号二极管，分别是锗信号二极管和硅信号二极管。

1、锗信号二极管；锗信号二极管的反向偏置电阻值非常少，这导致PN结上的正向压降较低，范围为0.2V至0.3V，但它对小PN结区域具有较高的正向偏置电阻值。

2、硅信号二极管；硅信号二极管具有高反向偏置电阻值，这会导致PN结上的正向电压降约为0.6至0.7V。这些二极管具有相当低的正向偏置电阻值，从而导致更高的正向电流和反向偏置电压值。

下面列出了一些常见带有参数的信号二极管示例：

信号二极管的主要规格参数

信号二极管主要规格参数包括以下内容。

1、最大正向电流

最大正向电流是指，一旦PN结二极管以正向偏置连接，流经其的电流呈指数增长，因此二极管将以热量的形式耗散能量。当整个二极管提供更多正向电流时，其结会产生大量热量。因此二极管可能会损坏，因为理想的PN结二极管可以承受高达10mA的电流。这就是为什么这些二极管的最大正向电流额定值高达100毫安。

2、最大反向电压

最大反向工作电压被施加到这个二极管上，没有反向击穿和损坏。与雪崩击穿电压相比，该电压较小，范围从几伏到几千伏。当二极管必须应用于交流应用时，PIV额定值是需要考虑的重要因素。

3、总功耗

信号二极管在正向偏置内可以消耗的最大功率称为总功率耗散。

对于正向电压的微小变化，电流在整个二极管中呈指数增长。功耗可以通过二极管的电流和正向电压相乘得出。因此，该二极管的总功耗在25°C时在500mW范围内。

4、二极管电容

二极管的结电容称为二极管电容，通常用于pF范围内的特定频率。

5、反向恢复时间

反向恢复时间是开关应用中二极管选择的重要因素。信号二极管的反向恢复时间一般为150-200 ns。

6、正向恢复电压

正向恢复电压是信号二极管切换回正向电流电平所需的电压。所以这个参数对于高速开关应用非常有用。通常情况下它高于二极管的正向电压。硅二极管的正向电压范围通常为0.6V至1V，而锗二极管的正向电压范围为0.2至0.5V。

7、最高工作温度

最高工作温度是结温，它与二极管的功耗有关。结温主要取决于环境温度和正向电流，这两个因素将提高二极管的工作温度和二极管的结温。信号二极管的最高工作温度为25°C或70°C。

8、峰值反向电压 (PIV)

该参数可以定义为可以反向提供给信号二极管的最高电压量。所以这个PIV与电压相比不应该增加，因为大于这个PIV的电压可能会导致器件击穿。信号二极管的典型PIV主要在几伏到1000伏之间。

信号二极管VI特性

下面简单介绍具有偏置条件的信号二极管的典型VI特性。

通常情况下，信号可以处理高电压和电流。在锗二极管的PN结处，势垒电压典型值范围为0.2V至0.3V。对于硅二极管，其范围为0.6V至0.7 V。这些二极管允许的最大电流高达100毫安。

1、前偏区域

在该区域中，信号二极管在施加固定范围的电压之前不会导通。这里电压范围允许电流基于特定PN结的势垒电压流动。当施加的电压水平穿过势垒电压时，二极管的PN结将允许电流通过它。因此，电压和电流之间的主要关系是非线性或指数关系，如上图所示。在正向偏压区域，当电压增加很少时，电流会迅速增加。

2、反向偏置区域

如果信号二极管反向偏置连接，则由于少数电荷载流子穿过耗尽层并远离耗尽层而存在少量电流，这称为漏电流或反向饱和电流。如果施加的反向偏压非常高，那么少数电荷载流子将获得足够的能量来碰撞和分裂共价键以产生电子-空穴对，所以这种现象被称为击穿。

在信号二极管击穿状态之前给予信号二极管的最高反向电压可称为峰值反向电压或峰值反向电压。

3、击穿区域

信号二极管在反向偏置条件下限制电流，直到达到固定的电压范围称为击穿电压。流动的电流类似于正向偏置电流，只是方向相反，现象不同。在击穿区域，如果二极管的额定功率耗散没有受到影响，信号二极管不会被击穿。因此，最好始终在二极管中包含一个串联电阻。

信号二极管阵列

信号二极管阵列的主要目的是调节印刷电路板上电路的施加电压。如果施加的电压增加了最大电压的额定值，那么提供的多余能量将像热量一样输入，这可能会损坏设备。

为了保护PCB板免受过剩电压的影响，信号二极管阵列通过以不同的配置（如串联或并联）连接来使用，以在限制范围内提供稳定的已知电压。一旦这些二极管串联连接，那么二极管阵列内这些二极管所需的最高电流是相似的，二极管阵列内的最高电压降将是二极管阵列内所有正向电压降的量。

在信号二极管的串联配置中，输出电压将保持稳定，尽管连接负载中的电流发生变化，否则施加的输入电压发生变化。因此可以通过信号二极管的串联提供恒压供电。

在串联布置中，从施加的输入电压中减去串联组合中每个二极管的每个二极管的单独正向压降，以在电路末端的负载连接电阻上留下固定的电压总和。这主要是因为除了RL或负载电阻之外，每个二极管的导通电阻。

通过在串联布置中包含多个二极管，将发生电压内的大量劣化。此外，通过RL串联、并联连接的二极管类似于电压调节器电路。

信号二极管与小信号二极管的区别

信号二极管和小信号二极管的区别包括以下几个方面：

信号二极管的优点和缺点

信号二极管的优点包括以下几方面内容：

• 高频应用的小信号二极管性能非常有效。
• 功耗较小，载流能力较小，范围从150mA到500mW。
• 具有快速恢复时间。
• 体积小。
• 通过非常高速的信号高效且快速。

• 不能承受极高的反向电压。
• 具有反向饱和电流。
• 在高频下，噪音水平很高。
• 一旦电流增加，热量就会增加，这会损坏二极管。

信号二极管的主要应用

信号二极管的应用包括以下内容：

• 用于限流器、整流器内的开关、电压缓冲器或波形整形电路。
• 经常用于收音机、电视和数字逻辑电路等的电子电路中。
• 用于各种信号处理应用。
• 在数字设备中用于时钟功能，还可以避免反向信号损坏微控制器。
• 用于削波和开关应用中，其中小持续时间的脉冲信号通常会被削波。

总结

以上就是关于信号二极管电路符号、种类及应用特性等相关内容介绍，这些二极管在电子电路中应用比较广泛，主要用于高频和小功率电路，如数字逻辑、整流和续流等。