1.3 晶體二極管

隨著科學技術的日益發展，電子技術已深入生產和生活的各個方面。各種電子電路、實驗、課題都離不開二極管、三極管等基本電子元器件。晶體二極管、三極管統稱晶體管，因為它們是由半導體材料制成，所以又稱為半導體器件。

1.3.1 晶體二極管結構及其單向導電性

1.二極管結構

晶體二極管（Crystal Diode）又叫半導體二極管，它是在一塊半導體材料中用擴散法或燒結法制成兩種類型半導體區——P型半導體和N型半導體，在兩種半導體結合面處形成一個PN結，如圖1.14（a）所示，這個PN結具有單向導電（Unilateral Conduction）能力。P型半導體區引出一個極稱為正極【陽極】（Anode），N 型半導體區引出一個極稱為負極【陰極】（Cathode），其符號如圖1.14（b）所示。

圖1.15 為幾種半導體二極管外形。圖1.15（a）是玻璃封裝的鍺二極管或某些小電流硅二極管（Silicon Diode），圖1.15（b）是螺栓式大功率二極管，圖1.15（c）是幾百安以上的平板壓接大功率二極管。為了使運行中的二極管溫度不要太高，螺栓式二極管還加散熱器，平板壓接大功率二極管用通入冷水的辦法冷卻。

2.二極管的單向導電性

半導體二極管具有單向導電性，即電流可以由二極管正極流向負極，而不能從負極流向正極。

當二極管正極電位比負極電位高時，二極管處于正偏，流過二極管的電流較大，此時二極管相當于開關閉合，稱為二極管導通。如圖1.16（a）所示，電流可以流通，燈泡亮，二極管的正向壓降小，它在電路中相當于一個合上的開關。

當二極管正極電位比負極電位低時，二極管處于反偏，流過二極管的電流幾乎為 0，此時二極管相當于開關斷開，稱為二極管截止。如圖1.16（b）所示，二極管加上了反向電壓，電流流不通，燈泡不亮，它在電路中的作用相當于一個打開的開關。

二極管根據半導體材料不同，可分為硅二極管（Germanium Diode）和鍺二極管（Silicon Diode）。硅二極管通過電流能力強，可通過大電流，但是導通時的正向壓降 UD也較大，一般為0.7V左右，硅二極管大多用于整流電路。鍺二極管通過電流能力差，但導通時的正向壓降較小，一般在0.3V左右。鍺二極管一般用在收音機、電視機的檢波電路中。

1.3.2 二極管整流電路

利用二極管的單向導電性把交流電變成直流電，此電路稱為整流電路。整流電路較多，有的適用于大電流的三相整流電路，有的適用于小電流的單相整流電路等。

1.單相整流電路

單相整流電路如圖1.17（a）所示，T為變壓器，VD為整流二極管。

輸入信號為正半周時，二極管導通，忽略二極管的導通電壓，則

輸入信號為負半周時，二極管截止，RL上沒有電流流過，輸出電壓為 0。在整個周期內，輸出信號波形如圖1.17（c）所示，由圖可知負載上的電壓是直流脈動電壓。輸出直流電壓信號的波動性比較大，為減小輸出信號的波動性，可在圖1.17（a）所示虛線處加一個電解電容器（濾波電容器），構成濾波電路，從而得到較平滑的直流電壓信號，濾波后輸出電壓波形如圖1.17（c）虛線所示。

半波整流的相關參數如下。

（1）半波整流輸出電壓平均值UO=0.45U2，輸出電流平均值IO=0.45U2/Rf2。

（2）流過整流二極管的平均電流等于輸出電流平均值。

（3）輸入信號負半周時，整流二極管反偏，整流二極管承受的反向電壓最大值為。

若為電路增加濾波電容，則輸出電壓升高，升高的數值與負載電流大小及容量有關。如果按100mA負載電流選取600μF的電容器，則輸出電壓的平均值UO≈1.1U2，U2為變壓器次級電壓。增加濾波電容后，流過二極管的電流為脈沖電流，其反偏電壓峰值可達到。

2.單相全波整流電路（Single-phase Fll-wave Rectifier Circuit）

單相全波整流電路如圖1.18所示。輸入信號正半周時，VD1導通、VD2截止，電流流過路徑如圖1.18（a）所示；輸入信號負半周時，VD1截止、VD2導通，電流流過路徑如圖1.18 （b）所示。

由此可見，在整個周期內，兩個二極管VD1、VD2輪流導通，次級繞阻分兩部分輪流導通，流過負載的電流方向不變，其波形如圖1.19所示。以知道，輸出電壓UO也是一個脈動直流電壓。由圖1.19可知輸出直流電壓信號的波動性比較大。減小輸出信號的波動性，可在圖1.18 所示虛線處加一個電解電容器（濾波電容器），構成濾波電路，濾波后的輸出電壓波形如圖1.19中虛線所示。

單相全波整流電路的相關參數如下。

（1）全波整流輸出電壓平均值UO=0.9U2，輸出電流平均值IO=0.9U2/Rf2。

（2）整流二極管只工作半個周期，故流過整流二極管的平均電流等于輸出電流平均值的一半。

（3）整流二極管承受的反向電壓最大值為。

若濾波電容選取合適，則輸出電壓的平均值 UO≈1.2U2。增加濾波電容后，流過二極管的電流為脈沖電流，選擇整流二極管時，其最大正向整流電流要大于平均電流。

1.3.3 半導體二極管的兩個主要參數

1.最大整流電流

二極管最大整流電流（Maximum Rectified Current）稱作為額定工作電流，是指二極管長期使用時，允許流過二極管的最大平均電流。使用時不允許超過這個數值，否則二極管很容易被燒壞。

2.最高反向工作電壓

二極管最高反向工作電壓（Maximu Reverse Operating Voltage）稱為額定反向工作電壓。當二極管工作于反偏狀態時，所加反向電壓不能太高，太高了二極管會擊穿損壞。二極管反向擊穿的電壓叫反向擊穿電壓，最高反向工作電壓通常指二極管反向擊穿電壓的一半。

1.3.4 二極管的簡易測試

使用二極管要注意其極性。極性接錯了一方面導致電路不能正常工作，另一方面還可能燒壞設備和管子。另外，一個質量差的二極管接到電路中，也會導致電路無法工作。因此，在使用二極管前，一方面要判斷二極管的正負極，另一方面要檢測二極管的好壞。

1.二極管引腳的極性判斷

一般二極管上均有正、負極標志，若沒有正、負標志，或標志不清晰，則可用萬用表來判斷。萬用表歐姆擋有電池，電池的正極接黑表筆，負極接紅表筆。將萬用表切換到合適的歐姆擋，如圖1.20（a）所示，若電表電池是作為反向電壓加到二極管的兩頭，則二極管截止，二極管電阻較大；如圖1.20（b）所示，若電表電池是作為正向電壓加到二極管的兩頭，則二極管導通，二極管導通電阻很小，該萬用表測得的是二極管正向導通電阻。測出電阻小的情況，黑表筆是二極管正極，紅表筆是二極管負極。

2.二極管好壞的大概判斷

圖1.20（a）測出的是二極管的反向電阻。二極管反偏時，若反向漏電很小，則測出反向電阻大；若反向漏電大，則測出反向電阻小，二極管反向電阻越大越好。圖1.20（b）測出的是二極管的正向導通直流電阻，正向導通電阻越小，二極管性能越好。不同管子的正反向阻值是不同的，一般鍺管正向電阻為 100～1000Ω，反向電阻大于 200kΩ，都認為是好的。硅管正向電阻為 14Ω～10kΩ，反向電阻在 500kΩ 以上是好的。同一只二極管用不同型號萬用表或同一型號萬用表的不同電阻擋量程測出的阻值都是不同的。

例如，2CP類管子（硅管）用R×100擋測出正向電阻為600Ω，用R×1k擋測出正向電阻為5.5kΩ，都屬正常。