半导体产业观察 1小时前
这款60年前推出的二极管,依旧无处不在
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德州仪器于 1960 年发布了 1N914 硅开关二极管。1961 年获得 JEDEC 认证后不到一年,就有 11 家制造商开始采购该二极管。1968 年,德州仪器推出了 1N4148,其漏电流规格更为严格,主要面向军事和工业应用,并逐渐成为标准型号。

三个 1N4148 二极管封装在 DO-35 轴向玻璃封装中。图片由 Vonvon 提供,来自 Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)。

如今,1N4148 由安森美半导体 ( Onsemi ) 、威世 ( Vishay ) 、Nexperia、Diodes Inc. 以及全球数十家其他厂商生产。它采用原装 DO-35 轴向玻璃封装,并提供所有常见的表面贴装封装形式。目前尚未宣布停产,预计也不会停产;它仍然是历史上产量最大的分立式开关二极管。

1N914 至 1N4148

在锗二极管仍主导小信号应用的年代,1N914 是德州仪器 ( TI ) 进军高速硅开关二极管市场的力作。其硅外延平面结构使其反向恢复时间低于 4 纳秒,足以满足高达约 100 MHz 的开关应用需求。JEDEC 的注册使其成为一项开放规格,而快速的二次采购也凸显了市场对该产品迅速而持久的需求。

随后推出的 1N4148 改进了规格,其主要改进在于降低了最大反向漏电流。这对于高阻抗电路和军用级电路应用来说是一项重要的改进,因为即使是微安级的反向电流也会干扰测量结果。

如今,大多数制造商对这两个型号的器件都列出了相同的规格:100V 峰值反向电压、300mA 连续正向电流、10mA 电流下正向电压约为 1V、结电容低于 4pF,反向恢复时间低于 4 纳秒。这两个型号互为直接对应,但由于 1N4148 的注册时间较晚且更为严格,因此它成为了行业默认型号。

最初的 DO-35 玻璃轴向封装仍在生产,其橙色封装体和黑色阴极带是其显著特征。目前,表面贴装版本的器件以 LL4148 的名称出货,封装形式包括 MiniMELF(SOD-80)、SOD-123、SOD-323、SOD-523 和 SOT-23。尽管封装尺寸多年来有所缩小,但其电气特性和内部结与近 60 年前相比完全没有变化。

无处不在的二极管

没有其他任何一款 JEDEC 注册零件编号像 1N4148 那样出现在如此之多的截然不同的电路拓扑结构中。它的规格在任何单一维度上都不算突出,但对于异常广泛的信号电平工作来说,它已经绰绰有余。

例如,在吉他效果器中,1N4148 是 Ibanez Tube Screamer 及其众多衍生产品反馈回路中的限幅二极管。其约 0.7V 的硅正向压降定义了过载阈值,该电路的各种版本都曾交替使用 1N4148、1N914 和等效的日系元件。在电脑键盘中,每个按键位置都放置一个 1N4148,用于在同时按下多个键时阻止幻象按键的触发。一个全尺寸键盘通常包含超过 100 个这样的二极管。

1N914 型晶体管的横截面图,采用玻璃轴向封装。图片由 TubeTimeUS 提供,来自 Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0 许可)。

在继电器驱动电路中,当驱动晶体管关断时,1N4148 二极管会吸收线圈上的感应反冲电压,防止电压尖峰损坏晶体管。在模拟信号链中,它执行峰值检测、采样保持门控和电压钳位。同时,在分立逻辑电路中,它无需门电路集成电路即可实现二极管或门和二极管与门功能。在射频电路中,它用于偏置和解调低功率信号;在电源中,它用于钳位瞬态信号。1N4148 二极管并非上述任何一项单独应用的最佳选择,但它是唯一能够胜任所有这些应用的二极管。

最难更换的部件

1N4148 在元器件生态系统中占据着一个难以整合的位置。它没有固件或配置,而且由于其功能分散在太多不同的电路环境中,因此无法以任何有意义的方式集成到更大的集成电路中。

肖特基二极管(例如 BAT54)具有更低的正向压降,适用于逻辑电平应用;PIN 二极管能够以更小的失真处理射频开关;TVS 二极管则能更有效地抑制瞬态干扰。但它们都无法像 1N4148 那样,在单一型号下涵盖如此广泛的应用,也无法在价格、供货和通用性方面与 1N4148 相媲美。

设计师选择 1N4148 的方式就像选择 10 kΩ 电阻一样:并非因为他们评估过所有其他方案,而是因为这种器件总是唾手可得,总是足够用,而且优化起来也毫不费力。它本质上就是一个装在玻璃管里的普通结型晶体管,而且它比几乎所有同时期推出的半导体器件都更经久耐用,因为能够胜任比任何其他器件都多的工作,这本身就是一个相当持久的特性。

https://www.allaboutcircuits.com/news/the-1n4148-the-signal-diode-that-ended-up-everywhere/

(来源:allaboutcircuits)

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