1.6信号二极管教程
在本教程中，我们将学习一种特殊的二极管——信号二极管。它用于波形整形、箝位、保护电路，信号二极管的主要应用是续流二极管或自由轮二极管。我们将了解常用的硅开关信号二极管1N4148及其V-I特性及一些重要规格。
引言
二极管通常被用作简单的整流器，在信号合成中作为混频器，以及作为开关来打开或关闭电路。在混频器中使用的二极管用于检测信号，这些二极管通常被称为信号二极管。信号二极管的基本和传统应用是作为基本的二极管开关。
信号二极管是一种非线性半导体器件，由半导体晶体构成，是现代电气和电子电路中的一种小型元件。
信号二极管被广泛应用于电视、收音机、一些其他数字逻辑电路中，它们被设计为驱动非常小或几乎不消耗功率，尽管高频电流仅在一个方向上流动。
PN结信号二极管通常封装在玻璃外壳或塑料外壳中，通常在其阴极端子处有一个黑色或红色的标记。
信号二极管具有快速恢复时间的优势，并且在信号处理中有广泛的应用。信号二极管可用于数字设备中的时钟功能，还可防止反向信号损坏微控制器。信号二极管可用于开关和削波应用，通常用于削掉短时脉冲波形。
信号二极管的电流能力可达100毫安，它们以处理从电信号发送器传输的信号中的信息而闻名。锗二极管的正向电压降约为0.2伏特，用于收音机中的检测电路。
在不需要锗二极管精度的电子电路中，通常使用硅半导体信号二极管，因为它们的电阻值较低，且对热量更敏感。
信号二极管的类型
以下是一些常用的信号二极管列表：
- 1N4973
- 1N4148
- 1N34A（锗二极管）
- 1N4454
小信号二极管的功率和电流额定值较低，约为500毫瓦和150毫安，与传统整流二极管相比。锗信号二极管和硅信号二极管的特性完全不同，具体如下：
锗信号二极管 这些二极管具有非常小的反向偏置电阻值，导致PN结的正向电压降很低，通常约为0.2伏特到0.3伏特。然而，由于PN结面积较小，它具有较高的正向偏置电阻值。
硅信号二极管 这些二极管具有非常高的反向偏置电阻值，导致PN结的正向电压降约为0.6伏特到0.7伏特。它们具有适中的正向偏置电阻值，从而产生较高的正向电流和反向偏置电压。
信号二极管的V-I特性
如果外部电源的正负极分别连接到PN结的相应端子，则信号二极管被认为是正向偏置的。在正向偏置下，施加到二极管的电压产生正向电流，记为 。
正向电流的值与施加的外部电压成正比，与二极管的内阻成反比。由于耗尽层中电荷离子的影响，阻止电子和空穴通过结的电静力称为势垒电压。
锗二极管的PN结势垒电压典型值为0.2伏特到0.3伏特，而硅二极管为0.6伏特到0.7伏特。
如果电源的正极连接到信号二极管的阴极，负极连接到二极管的阳极，则信号二极管被认为是反向偏置的。当外部电压反向偏置时，由于少数载流子穿过耗尽层并远离它，会产生少量电流，称为漏电流。
漏电流也称为反向饱和电流，记为 ，它与施加的外部电压无关，但取决于器件的温度。
如果施加的反向偏置电压非常高，少数载流子将获得足够的能量来碰撞并分裂共价键，从而产生大量的电子-空穴对。
电子-空穴对的产生现象称为击穿。在击穿条件之前可以施加到二极管的最大反向电压称为峰值反向电压或峰值反向电压。
正向偏置下的信号二极管作为闭合开关，因此仅在一个方向上（从正极到负极）短路以驱动电流。反向偏置下的硅二极管作为开路开关，因此开路以阻止二极管中的电流流动。
硅信号二极管用作整流器、开关电路、限幅电路以及在削波电路中削掉短时波形。
信号二极管特性
以下是信号二极管特性和规格的参数细节。
峰值反向电压（PIV）
峰值反向电压参数定义为可以反向施加到二极管的最大电压量。这个峰值电压不应被超过，因为超过这个峰值电压可能会导致器件故障。它也被称为最大反向电压，它小于二极管在反向偏置特性中的雪崩击穿条件。
峰值反向电压的典型值可以从几伏到几千伏不等。在整流电路中，关于幅度，峰值反向电压被称为正弦波在一个周期的负半周中包围的最大负值。
功率损耗（）
总功率损耗定义为在信号二极管的PN结中传导电流时将耗散的最大功率量。多余的功率将以热量的形式耗散。信号二极管的正向电阻是一个动态属性，它非常小，有时会变化。
在这种情况下，通过将施加到二极管的电压和流过信号二极管的正向电流相乘来测量总耗散功率。
正向电流（）
信号二极管的正向电流额定参数定义为信号二极管可以轻松处理的最大阳极电流，而不会损坏器件。如果电流超过正向电流额定值，则信号二极管可能会因热过载而在结处损坏。
工作温度（T）
信号二极管的最大工作温度参数通常与总功率损耗和PN结的温度有关。它被定义为器件达到最大正向电流时的最大温度。
超过这个温度值，器件会损坏并导致器件故障。PN结信号二极管应保持在能够实现最大正向电流的温度下，以免其恶化。
1N4148信号二极管的规格
以下是1N4148信号二极管的一些规格：
- 最大重复反向电压 = 100伏特
- 平均正向整流电流 = 200毫安
- 最大直接正向电流 = 300毫安
- 最大正向电压降 = 在10毫安时为1.0伏特
- 非重复峰值正向浪涌电流 = 1.0安培（脉冲宽度 = 1秒）
- 总功率损耗 = 500毫瓦
- 反向恢复时间 < 4纳秒