3.1　晶體二極管

晶體二極管簡稱二極管，是一種常用的具有一個PN結的半導體器件。晶體二極管品種很多，大小各異，從外觀上看較常見的有玻璃殼二極管、塑封二極管、金屬殼二極管、大功率螺栓狀金屬殼二極管、微型二極管、片狀二極管等，如圖3-1所示為常用晶體二極管外形。

晶體二極管按其制造材料的不同，可分為鍺管和硅管兩大類，每一類又分為N型和P型。按其制造工藝不同，可分為點接觸型二極管和面接觸型二極管。

按功能與用途不同，晶體二極管可分為一般二極管和特殊二極管兩大類。一般二極管包括檢波二極管、整流二極管、開關二極管等。特殊二極管主要有穩壓二極管、敏感二極管（磁敏二極管、溫度效應二極管、壓敏二極管等）、變容二極管、發光二極管、光電二極管、激光二極管等。沒有特別說明時，晶體二極管即指一般二極管。

3.1.1　怎樣識別晶體二極管

晶體二極管的文字符號是“VD”，圖形符號如圖3-2所示。

各個國家對晶體二極管的型號命名方法各有規定。國產晶體二極管的型號命名由5部分組成，第一部分用數字“2”表示二極管，第二部分用字母表示材料和極性，第三部分用字母表示類型，第四部分用數字表示序號，第五部分用字母表示規格，如圖3-3所示。

晶體二極管型號的意義見表3-1。例如，2AP9為N型鍺材料普通檢波二極管，2CZ55A為N型硅材料整流二極管，2CK71B為N型硅材料開關二極管。

晶體二極管兩引腳有正、負極之分，如圖3-4所示。

二極管電路符號中，三角一端為正極，短杠一端為負極。

二極管實物中，有的將電路符號印在二極管上標示出極性，有的在二極管負極一端印上一道色環作為負極標記，有的二極管兩端形狀不同，平頭為正極，圓頭為負極，使用中應注意識別。

3.1.2　晶體二極管有什么特點

晶體二極管的特點是具有單向導電特性，一般情況下只允許電流從正極流向負極，而不允許電流從負極流向正極，圖3-5形象地說明了這一點。

當給晶體二極管加上正向電壓+V時，就有正向電流I通過二極管，并且要在PN結上產生管壓降UVD，如圖3-6所示，R為限流電阻。

晶體二極管是非線性半導體器件。如圖3-7所示為鍺二極管和硅二極管的伏安特性曲線，從伏安特性曲線可以看出，晶體二極管的電壓與電流為非線性關系，所以說晶體二極管是非線性器件。鍺二極管的正向管壓降UVD較小，約為0.3V；硅二極管的正向管壓降UVD較大，約為0.7V。另外，硅二極管的反向漏電流比鍺二極管小得多。

3.1.3　怎樣理解晶體二極管的參數

晶體二極管的參數很多，常用的檢波、整流二極管的主要參數有最大整流電流IFM、最大反向電壓URM和最高工作頻率fM。

（1）最大整流電流

最大整流電流IFM是指二極管長期連續工作時，允許正向通過PN結的最大平均電流。使用中實際工作電流應小于二極管的IFM，否則將損壞二極管。

（2）最大反向電壓

最大反向電壓URM是指反向加在二極管兩端而不致引起PN結擊穿的最大電壓。使用中應選用URM大于實際工作電壓2倍以上的二極管，如果實際工作電壓的峰值超過URM，二極管將被擊穿。

（3）最高工作頻率

由于PN結極間電容的影響，使二極管所能應用的工作頻率有一個上限。fM是指二極管能正常工作的最高頻率。在作檢波或高頻整流使用時，應選用fM至少2倍于電路實際工作頻率的二極管，否則不能正常工作。

3.1.4　晶體二極管有哪些用途

晶體二極管的主要作用是整流、檢波和電子開關。

（1）半波整流

晶體二極管具有整流作用。如圖3-8所示為半波整流電源電路，由于二極管的單向導電特性，在交流電壓正半周時二極管VD導通，有輸出。在交流電壓負半周時二極管VD截止，無輸出。經二極管VD整流出來的脈動電壓再經RC濾波器濾波后即為直流電壓。

半波整流的特點是電路簡單，成本較低。但由于半波整流只利用了交流電的一半，所以效率較低，脈動成分較大。

（2）全波整流

如圖3-9所示為橋式全波整流電路，全波整流常采用全橋整流堆，可以簡化整流電路的結構。

全波整流的工作原理是當交流電正半周時，電流I經VD2、負載R、VD4形成回路，負載上電壓UR為上正下負，如圖3-9中點畫線所示。

當交流電負半周時，電流I經VD3、負載R、VD1形成回路，負載上電壓UR仍為上正下負，如圖3-10中虛線所示，從而實現了全波整流。

雖然全波整流電路需要使用較多的二極管，但是全波整流充分利用了交流電的正負半周，使得效率大大提高，同時脈動成分也較小，因此得到廣泛應用。

（3）檢波

晶體二極管具有檢波作用。如圖3-11所示為超外差收音機檢波電路，第二中放輸出的調幅波加到二極管VD負極，其負半周通過了二極管（正半周被截止），再由RC濾波器濾除其中的高頻成分，輸出的就是調制在載波上的音頻信號，這個過程稱為檢波。

（4）電子開關

晶體二極管具有開關作用。如圖3-12所示開關電路中，當二極管VD正極接+9V時，VD導通，輸入端（IN）信號可以通過二極管VD到達輸出端（OUT）。當二極管VD正極接-9V時，VD截止，輸入端（IN）與輸出端（OUT）之間通路被切斷。

3.1.5　怎樣選用晶體二極管

常用晶體二極管主要有檢波二極管、整流二極管、開關二極管、變容二極管等，可根據需要選用。穩壓二極管、光電二極管和發光二極管將在后面專門介紹。

（1）檢波二極管

檢波二極管是點接觸型二極管，結構如圖3-13所示，它是用一根極細的金屬絲熱壓在N型半導體片上制成的。

在金屬絲與N型半導體片的接觸點形成P型半導體，并在P型半導體與N型半導體的界面上形成PN結。

檢波二極管的性能特點是結電容很小，工作頻率高，正向壓降小，但最大正向電流較小，內阻較大。例如，常用的2AP9檢波二極管，最高工作頻率可達100MHz，但最大正向電流只有8mA。

檢波二極管主要是在小信號高頻電路中作檢波、鑒頻和變頻用，也可用作小信號整流或限幅等。

（2）整流二極管

整流二極管通常是面接觸型二極管，結構如圖3-14所示，它的PN結面積較大，因此可以通過較大的電流。

整流二極管的性能特點是最大正向電流較大，可承受較高的反向電壓，但工作頻率較低。例如，2CZ58H整流二極管，最大整流電流達10A，最高反向電壓達600V，但最高工作頻率只有3kHz。

整流二極管主要用于電源整流，也可用作限幅、鉗位和保護電路。

（3）全橋整流堆

整流橋堆是一種整流二極管的組合器件，分為全橋整流堆和半橋整流堆兩類。如圖3-15所示為部分常見整流橋堆。

全橋整流堆通常簡稱為全橋，其文字符號為“UR”，圖形符號如圖3-16所示。

全橋整流堆內部包含4只整流二極管，并連接成橋式整流模式。全橋整流堆具有4個引腳：兩個交流輸入端（用符號“～”標示）、一個直流正極輸出端（用符號“+”標示）和一個直流負極輸出端（用符號“-”標示），如圖3-17所示。

全橋整流堆主要用于橋式整流電路，可以取代4只整流二極管，簡化了整流電路的結構。

（4）半橋整流堆

半橋整流堆通常簡稱為半橋。半橋整流堆內部包含兩只整流二極管，其內部連接方式有三種：第一種是兩只二極管正極相連構成的半橋，第二種是兩只二極管負極相連構成的半橋，第三種是兩只二極管互相獨立構成的半橋，如圖3-18所示。

半橋整流堆主要用于非橋式全波整流電路。兩只二極管負極相連的半橋適用于輸出正電壓的全波整流電路，兩只二極管正極相連的半橋適用于輸出負電壓的全波整流電路。兩只二極管互相獨立構成的半橋可按需要靈活連接應用。使用兩個半橋可組成橋式整流電路。

（5）開關二極管

開關二極管的特點是正向電阻很小，反向電阻很大，反向恢復時間很小，開關速度很快，近似為一個理想的電子開關。例如，2CK系列開關二極管的反向恢復時間小于5ns。

開關二極管主要用于開關電路、脈沖電路、高頻高速電路和邏輯控制電路等，大功率開關二極管主要用于開關電源、高頻整流電路等。

（6）變容二極管

變容二極管的特點是PN結的結電容可以在外加反向電壓的控制下改變。

變容二極管的結構原理如圖3-19所示，工作時PN結加反向電壓。反向電壓越高，中間的耗盡層越寬，則結電容越小；反向電壓越低，耗盡層越窄，則結電容越大。改變反向電壓即可改變變容二極管的結電容。例如，變容二極管2CC32在反向電壓從2V增大到25V時，結電容從14.0pF減小到2.1pF。

變容二極管主要用于電視機高頻頭、收音機調諧器以及通信設備的電調諧電路，起到類似可變電容器的作用。

3.1.6　怎樣檢測晶體二極管

晶體二極管可用萬用表電阻擋進行引腳識別和檢測。

（1）判別引腳

檢測時，將萬用表置于“R×1k”擋，用兩表筆分別接到被測二極管的兩端，測量二極管兩端間的電阻。

如果測得的電阻值較小，則為二極管的正向電阻，這時與黑表筆（即表內電池正極）相連接的是二極管正極，與紅表筆（即表內電池負極）相連接的是二極管負極，如圖3-20所示。

如果測得的電阻值很大，則為二極管的反向電阻，這時與黑表筆相連接的是二極管負極，與紅表筆相連接的是二極管正極，如圖3-21所示。

（2）檢測晶體二極管

正常的晶體二極管，其正、反向電阻的阻值應該相差很大，且反向電阻接近于無窮大。如果某二極管正、反向電阻值均為無窮大，說明該二極管內部斷路損壞。如果正、反向電阻值均為“0”，說明該二極管已被擊穿短路。如果正、反向電阻值相差不大，說明該二極管質量太差，也不宜使用。

（3）區分鍺管與硅管

由于鍺二極管和硅二極管的正向管壓降不同，因此可以用測量二極管正向電阻的方法來區分。如果正向電阻小于1kΩ，則為鍺二極管，如圖3-22所示。如果正向電阻為1～5kΩ，則為硅二極管，如圖3-23所示。