晶体二极管电路的工作原理及应用

基于微控制器的项目或其他电子和电气项目是通过使用电气和电子设备中的一些基本组件来设计的，这些组件被归类为元件。储存或耗散能量的元件称为被动元件，提供或充分控制能量流的元件称为主动元件。这些基本元件包括电阻器，电感器，不同类型的二极管，包括晶体二极管，耿氏二极管，珀尔蒂尔二极管，齐纳二极管，隧道二极管，变容二极管等。变压器，电容器，半导体，晶体管，晶闸管，集成电路，光电器件，真空管，传感器，忆阻器，传感器，探测器，天线等。在本文中，我们将讨论最常用的电子元器件晶体二极管。

晶体二极管

锗晶体二极管

半导体二极管或PN结二极管是一种双端器件，它只允许电流在一个方向上流动并阻止电流流向另一个方向。这两个端子是阳极和阴极。如果阳极电压大于阴极电压，则二极管开始导通。晶体二极管也称为猫须二极管或点接触二极管或晶体。这些二极管微波半导体器件是在第二次世界大战期间开发的，用于微波接收器和探测器。

晶体二极管电路工作原理

晶体二极管的工作取决于半导体晶体和点之间的接触压力。它由两个部分组成 —— 一个带有一个截面的N型硅的小矩形晶体，以及一种是铍-铜、青铜-磷和钨丝(称为Cat whisker wire)，它们压在晶体上形成另一个部分。为了在晶体周围形成P型区域，在制造晶体二极管或点接触二极管期间，大电流从猫须传递到硅晶体。因此，形成PN结并且其行为类似于正常的PN结。

点接触二极管

但是，晶体二极管的特性不同于PN结二极管的特性。在正向偏置条件下，与普通PN结二极管相比，点接触二极管的电阻高。在反向偏压条件下，在点接触二极管的情况下，通过二极管的电流不像施加到晶体的电压那样独立于结二极管的情况。与二极管两侧之间的结二极管电容相比，猫须和晶体之间的电容较小。因此，电容的电抗很高，并且在高频时，电路中流过非常小的电容电流。

晶体二极管原理图符号

通常，我们知道当阳极电压大于阴极电压时，P-N结二极管或半导体二极管导通。该电路可以通过三种方式实现：近似模型，简化模型和理想模型。每种型号的晶体二极管电路如下所示。如果我们施加正向电压Vf，则图中示出了作为Vf对If的二极管的特性。

近似模型

晶体二极管电路的近似模型由串联的理想二极管，正向电阻Rf和势垒Vo组成。实际的二极管必须克服势垒Vo和内部压降VfRf。由于电流If流过内部电阻Rf，在二极管两端出现电压降。

晶体二极管电路近似模型

仅当施加的正向电压Vf超过势垒电压Vo时，二极管才开始导通。

简化模型

在该模型中，不考虑内阻Rf。因此，等效电路仅由势垒Vo组成。对于二极管电路分析，最常使用该模型。

晶体二极管电路简化模型

理想模型

在该模型中，不考虑内阻Rf和势垒Vo。事实上，实际中并没有理想的二极管，并且假设在某些二极管电路分析中存在理想的二极管。

晶体二极管电路理想模型

晶体二极管应用

这些二极管用于许多应用，如晶体无线电接收器。在本文中，最常用的晶体二极管应用如晶体二极管整流器和晶体二极管检测器如下所述。

晶体二极管整流器

德国物理学家费迪南德·布劳恩在研究1874年导电和电解质晶体的特性时发现了金属和一些晶体材料接触点的整流效应。当最高纯度的材料不可用时，本发明的硫化铅基点接触整流器。

晶体二极管整流器

晶体二极管可用作整流器，将AC转换为DC。因为它仅在一个方向上导通并且阻挡与正常二极管类似的反向电流 - 它可以用于设计半波，全波和桥式整流器电路。

晶体二极管探测器

在20世纪，它主要用于水晶收音机中作为信号检测器。晶体表面与细金属探针接触。因此，点接触二极管获得了猫须探测器的描述性名称。这些是过时的，由作为阳极的薄的尖锐金属线和作为阴极的半导体晶体组成。这种被称为猫须线的阳极细金属线压在阴极晶体上。这些晶体二极管探测器是在20世纪初开发的，用于寻找半导体材料晶体阴极上的热点，该热点可手动调节以获得最佳的无线电波检测。

这些主要是在1906年使用矿物晶体方铅矿或一块煤开发的，但大多数最近的二极管正在使用硅，硒和锗开发。由于该二极管允许电流仅在一个方向上流动，因此DC电压由整流的载波信号提供以驱动耳机。1946年，Sylvania率先在商用晶体二极管1N34中首次使用锗。

手动调节晶体二极管

首先，需要通过搜索整个表面来识别敏感点，因为它的振动会很快丢失。因此，为了使整个表面敏感并避免搜索敏感点，这种矿物被N掺杂半导体取代。

科学家GW Pickard在1906年通过使用尖头金属接触在半导体内产生局部P型区域来完善该器件。为了使其电气和机械稳定，通过将金属点固定在适当位置，将整个点接触二极管封装在圆柱体中。尽管存在许多二极管，例如结二极管和现代半导体，但由于它们的低电容，这些晶体二极管仍被用作微波频率检测器。

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