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      • 已发布 2024年5月28日
      • 最后修改 2024年5月28日
    • 1 分钟

    分立半导体是什么?分立半导体类型和半导体分立器件

    分立半导体是什么以及它们是如何工作的?

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    很难想象一个没有分立半导体的世界。在这个指南中,我们将探讨这个在各种电路类型中至关重要的组件。我们将介绍它们是什么,它们与常规半导体有何不同,以及它们的各种类型。

    分立半导体定义

    分立半导体是什么?

    当我们询问什么是半导体时,我们首先需要看一下电气硬件中使用的三个定义:导体、绝缘体和半导体。

    • 导体:一种在施加电压时允许电子流动并因此产生电流的材料。导体具有低电阻。有些导体比其他导体的性能更好,这就是我们在布线中使用它们的原因。例如,铜和铝是良好的导体。银和金则属于更好的导体,但它们也是贵金属,这限制了它们的经济用途。随着温度升高,导体的效果会减弱。
    • 绝缘体:一种具有高电阻的材料,可用于阻止电流流动。塑料、橡胶、玻璃和木材是良好的绝缘体。塑料常用于绝缘布线,因为它既柔软又防水。
    • 半导体:一种介于良好导体和良好绝缘体之间的材料。也就是说,在某些情况下它们的电阻很低,在其他情况下电阻很高,或者它们会简单地导电,但效率不高。这些特性意味着它们在电路中很有用,因为它们可以执行放大或开关等操作,或者以某种方式操纵电流。良好的半导体的例子包括硅、锗和锡,但是当它们制成化合物或合金时,就会有数十种潜在的半导体材料。随着温度升高,半导体的导电性会增强。

    这就引出了分立半导体。顾名思义,它们是一种特定类型的半导体。在这种情况下,这意味着它是一种仅具有一个基本功能的半导体器件,而不是像集成电路半导体那样具有更复杂的功能。

    分立半导体的例子包括晶闸管、齐纳二极管、双极型晶体管、整流桥等等——我们将在下面更详细地介绍各种类型。

    分立半导体包括晶体管、阀门、整流器等各种组件。有些作为模块化配件出售,可以轻松集成到现有电路中。

    一些分立半导体的构造方式使它们能够执行类似于在某种配置中连接两个不同设备所执行的功能。这样可以在电路板上节省空间,并通过提供一个单一组件,即可访问否则需要多个组件才能实现的关键功能。

    在分立半导体中,它们的大部分功能取决于器件内半导体的排列方式。例如,晶闸管具有四层半导体材料,其中n型和p型材料交替堆叠在一起。

    分立半导体类型

    分立半导体是电气工程中非常基本的部件,有很多类型。以下是一些用于电路的常见的分立半导体类型,并简要描述了它们的任务。

    晶闸管

    晶闸管

    晶闸管是一种具有两种稳定状态的半导体——它是“双稳态”的。任何晶闸管内部都有四层半导体材料,包括交替堆叠的n型和p型半导体层。通过施加或移除电流,其状态可以改变。但是,一旦改变,它就会保持在那个状态,直到接收到另一个信号。因此,它可以被用作开关或锁存器。它们的日常用途包括调光开关和电源控制器。

    齐纳二极管

    齐纳二极管

    齐纳二极管允许电流以与正常方向相反的方向流动,以响应电流达到一定电压(称为齐纳电压)。它们提供不同的齐纳电压或可变电压设计。齐纳二极管通常用于提供电压的限制因素,并防止电路或电压基准上的电压过高。这些是电子设备中非常常见的组件,特别在电力调节和电路过载保护方面非常有用。

    双极型晶体管

    双极型晶体管

    这些器件经常被纳入模拟电路中。电路中的双极型晶体管可以通过在其上施加一个小信号电压来允许一个大电压通过,从而被用作开关。它们之所以被称为双极,是因为它们的载流子利用了负电荷和正电荷。在半导体中,这意味着它们的操作中涉及电子和空穴。双极型晶体管在集成电路中被大量使用,但也作为分立单元出售。

    整流桥

    整流桥

    整流桥由特定配置的二极管组成 - 即桥。这个桥将交流(AC)输入转换为直流(DC),对于大多数电子设备来说是一个基本功能。这些设备使用两线交流输入,有两个二极管压降,并提供全波整流。

    MOSFET

    MOSFET

    MOSFET代表金属氧化物半导体场效应晶体管。这种类型的晶体管与双极型晶体管类似,都有一个输入电压。然而,与双极型晶体管相比,MOSFET的输入电压可以很小。

    这些是四端口的场效应晶体管,但通常只连接三个端口。在许多情况下,两个端口在器件内部短路。这种排列实际上是如此常见,以至于电气图表显示三个端口。这些器件的设计包括体、漏极、栅极和源极端口。它们是常见的晶体管之一。

    TRIAC

    TRIAC

    TRIAC(交流三极管)是晶闸管的一种。TRIAC作为电子开关,是双向的,允许电流在任一方向上通过。它们一旦被输入电压触发,就允许电流在两个方向上流动。当它被开关后,将保持在那种状态,直到另一个触发器将其开关。这些设备的功能类似于两个硅控整流器以反向并联配置,并在每个整流器的栅极上连接在一起。

    JFET

    JFET

    结型场效应晶体管(JFET)是使用三个端口控制电路中电流流动的场效应晶体管。三个端口是源极、漏极和栅极。前两个是电流流动的主要通道。栅极是通过它来控制电流被夹,要么限制,要么完全阻止。它们经常用于开关应用,但也可以用于提供与电压相关的电阻。

    肖特基二极管

    肖特基二极管

    肖特基二极管是一种通过将半导体固定到金属上制造的器件,以德国物理学家沃尔特·肖特基 (Walter Schottky)的名字命名,他在上世纪30年代提出了这个概念并进行了实验。作为开关使用时,肖特基二极管具有非常快的开关时间和低的导通电压。它们在各种射频应用和功率整流器中非常有用,也用于防止太阳能电池板在没有阳光照射时的电能放电。

    DIAC

    DIAC

    DIAC是交流二极管。与上面的TRIAC一样,它被用作开关,并将保持其状态,直到信号电压下降到预定的保持电流以下,在该点,它将恢复到高电阻状态,从而切断电路。它们可用于调光开关和功率过载保护系统。

    变容二极管

    变容二极管

    变容二极管也称为可变电容二极管和调谐二极管。这些半导体器件用作由施加在其上的电压控制的电容器。它们特别适用于发射器、电视机、电话、压控振荡器以及其他利用FM发射机或接收FM传输的设备。这些器件随着施加在其上的电压增加或减小而改变其电容。它们只允许交流通过,不允许直流通过,其具体特性由掺杂剖面确定。

    分立半导体与其他半导体有何不同?

    许多类型的半导体作为电路的一部分(通常在集成电路上)销售。这些电路通常能够在设备中执行许多不同的功能之一。这使它们与分立半导体有很大的区别。

    分立半导体具有一个不能分解为其他功能的基本功能。例如,集成电路上可能会有晶体管、二极管和其他组件。这些组件可以单独执行不同的功能,或者作为电路一起工作,可以完成几个功能。然而,分立半导体只能执行一个功能。例如,晶体管始终是晶体管,只能执行晶体管功能。

    在当今世界,大多数半导体是作为集成电路的一部分购买的。然而,对于某些应用,分立半导体提供了工程需求可能的合适的解决方案。因此,分立半导体在电子元件市场中起着至关重要的作用。

    由于这些是分立器件,其中一些需要与其他器件一起购买,以实现其在任何给定电路中预期功能。半导体器件的功能范围从调节电源到作为开关等各种功能。对于一些工程需求,购买分立半导体的能力使得原型制作和生产变得更加实惠。

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