第四節 二極管

1.半導體材料的導電特性

半導體，是指導電性能介于導體和絕緣體之間的一類物質。

（1）摻雜性。二極管、晶體管、場效應晶體管、晶閘管等，都是利用半導體的摻雜特性制造的。

（2）光敏性。利用這一特性，可以制成光敏電阻、光敏二極管和光敏晶體管等。

（3）熱敏性。利用這一特性，可以制成熱敏電阻，常用在工業自動控制裝置中。

2.PN結

不加雜質的純凈半導體，稱為本征半導體。

在純凈的半導體中加入極微量的其他元素，得到的半導體稱為雜質半導體。

在本征半導體中摻入適量的三價元素，就形成P型半導體。

在本征半導體中摻入適量的五價元素，就形成N型半導體。

在P區和N區的交界面形成一個具有特殊電性能的薄層，稱為PN結。PN結具有單向導電性，PN結如圖1-63所示。

3.二極管的形成、符號與特性

晶體二極管簡稱二極管。它由一個PN結加上電極引線和管殼構成，如圖1-64所示。

二極管的一般圖形符號如圖1-65所示，文字稱號為VD。常見的二極管有整流二極管、檢波二極管、開關二極管等。

1）二極管的單向導電性

如圖1-66（a）所示，直流電源正極接二極管正極，直流電源負極接二極管負極，這種接法稱為正向偏。此時，二極管導通，指示燈亮。

如圖1-66（b）所示，直流電源正極接二極管負極，直流電源負極接二極管正極，這種接法稱為反向偏置。此時，二極管不導通，即截止，指示燈不亮。

結論：當二極管正向偏置時，二極管導通；當二極管反向偏置時，二極管截止。二極管的這種特性稱為單向導電性。

2）二極管的伏安特性曲線

二極管的導電性能由加在二極管兩端的電壓和流過二極管的電流來決定。這兩者之間的關系稱為二極管的伏安特性。二極管的伏安特性曲線如圖1-67所示。

正向特性

① 死區。如圖中 OA 段，稱為死區。硅二極管的死區電壓約為 0.5 V，鍺二極管的死區電壓約為0.2 V。

② 正向導通。如圖中AB段。二極管導通后兩端電壓基本不變，硅二極管約為0.7 V，鍺二極管約為0.3 V。

反向特性

① 反向截止區。當加反向電壓時，二極管反向電流很小，而且在很大范圍內不隨反向電壓的變化而變化，故稱為反向飽和電流。

② 反向擊穿區。若反向電壓不斷增大到一定數值時，反向電流就會突然增大，這種現象稱為反向擊穿。

穩壓二極管就是利用反向擊穿特性在電路中起穩定電壓作用的。

由二極管的伏安特性可知，二極管屬于非線性器件。

4.二極管的分類

按制作材料分：硅二極管、鍺二極管。

按結構形式分：點接觸型、面接觸型、平面型二極管。

（1）整流二極管。整流二極管是用于將交流電能轉變為脈動直流電能的半導體器件，如圖1-68所示。

（2）檢波二極管。檢波二極管也稱解調二極管，是利用其單向導電性將高頻或中頻無線電信號中的低頻信號或音頻信號分離出來的器件。它具有較高的檢波效率和良好的頻率特性，如圖1-69所示。

（3）開關二極管。開關二極管是為在電路上進行通斷而特殊設計的一種二極管。它由導通變截止或由截止變導通所需的時間比一般二極管短，即開關速度快，如圖1-70所示。

（4）特殊二極管的圖形符號和外形（見表1-9）。

5.識別二極管的極性

（1）國產的二極管通常將電路符號印在管殼上，直接標示出引腳極性，如圖1-71所示。

（2）小型塑料封裝的二極管的 N 極（負極），常在負極一端印上一道色環作為負極標記，如圖1-72所示。

（3）有的二極管兩端形狀不同，平頭一端引腳為正極，圓頭一端引腳為負極，如圖1-73所示。

（4）發光二極管的正負極可從引腳長短來識別，長引腳為正極，短引腳為負極，如圖1-74所示。

6.二極管的檢測

● 普通二極管的檢測

1）判斷二極管極性

① 選擇量程。將量程開關撥到R×100或R×1k擋。

② 歐姆調零。

③ 檢測極性。先用表筆分別與二極管的兩極相連，測出正、反向兩個電阻阻值。測得阻值較小的那一次，與黑表筆相接的一端即為二極管的正極。同理，測得阻值較大的那一次，與黑表筆相接的一端即為二極管的負極，如圖1-75所示。

2）判斷二極管質量的方法見表1-10。

● 檢測發光二極管

（1）將指針式萬用表置于R×10kΩ擋，歐姆調零。

（2）將紅、黑表筆分別接至發光二極管兩端。若測得阻值為∞，再將紅、黑表筆對調后接在發光二極管兩端，若測得的電阻阻值約為幾十千歐至200kΩ，說明發光二極管質量良好。測得電阻阻值約為幾十千歐至 200kΩ 的那一次，黑表筆接的是發光二極管正極，如圖1-76所示。

（3）若兩次測得的阻值都很大，則發光二極管內部開路；若兩次測得的阻值都較小，則發光二極管內部擊穿。

● 區分硅二極管和鍺二極管

（1）將萬用表的量程選擇開關撥到R×100擋或R×1k擋。

（2）用黑表筆接二極管的“+”極，紅表筆接二極管的“-”極，測其正向電阻。如果萬用表的指針在表盤中間或中間偏右一點，則為硅管；如果萬用表的指針在表盤右端靠近滿刻度處，則為鍺管，如圖1-77（a）所示。

（3）也可以用萬用表紅表筆接二極管的“+”極，黑表筆接二極管的“-”極，即測其反向電阻。如果指針基本不動，指在“∞”處，則為硅管；如果指針有很小偏轉，且一般不超過滿刻度的1/4，則為鍺管，如圖1-77（b）所示。

● 區分穩壓管和普通二極管

（1）將萬用表的量程選擇開關撥到R×10k電阻擋。

（2）用黑表筆接待區分管的負極，紅表筆接其正極，由表內疊層電池向管子提供反向電壓。若指針基本不動，指在“∞”處或有極小偏轉的，則為普通二極管；如果指針有一定的偏轉，則為穩壓管，如圖1-78所示。

● 用數字萬用表測量二極管

1）判別極性

① 將數字萬用表置于二極管擋，表筆分別接二極管的兩個電極。

② 若顯示屏顯示在“1”以下數字時，說明二極管導通，紅表筆所接的引腳為正極，黑表筆所接的引腳為負極。此時，數字萬用表顯示出被測發光二極管的正向電壓，單位為V，如圖1-79（a）所示。

③ 若數字萬用表是溢出顯示（顯示“1”），則說明二極管處于反向截止狀態，紅表筆所接的引腳為負極，黑表筆所接的引腳為正極，如圖1-79（b）所示。

2）判斷質量

如果正、反向接法測量時，數字顯示≤20時，同時發出蜂鳴聲，或者均為溢出顯示，則說明被測二極管是壞的。

3）區分硅管和鍺管

將數字萬用表置于二極管擋，紅表筆接二極管的正極，黑表筆接二極管的負極，若顯示屏顯示的電壓值為0.5～0.7V，說明被測管是硅管；若顯示屏顯示的電壓值為0.1～0.3V，說明被測管是鍺管。

4）檢測發光二極管

① 將數字萬用表置于二極管擋。

② 當正向接法時，數字萬用表顯示出被測發光二極管的正向電壓，同時被測二極管發出微亮光點。此時，紅表筆所接的引腳為正極，黑表筆所接的引腳為負極，如圖1-80（a）所示。

③ 當反向接法時，數字萬用表是溢出顯示（顯示“1”），被測發光二極管不會發光，如圖1-80（b）所示。

7.二極管的選用

1）認識二極管的型號

二極管的型號命名通常由5部分組成，如圖1-81所示。

2）選擇二極管的類型

① 整流二極管的選用。整流二極管一般為平面型硅二極管，用于各種電源整流電路中。

② 檢波二極管的選用。檢波二極管一般可選用點接觸型鍺二極管，如2AP系列。

③ 穩壓二極管的選用。穩壓二極管一般用在穩壓電源中作為基準電壓源或用在過電壓保護電路中作為保護二極管。

④ 硅功率開關二極管可實現高速導通與截止。主要在大功率開關或穩壓電路、直流變換器、高速電機調速及在驅動電路中用作高頻整流及續流箝位。

3）選擇二極管的主要參數

① 最大整流電流I_FM是指二極管長期連續工作時允許通過的最大正向電流值。

② 二極管正常工作時所能承受的最高反向電壓值，即為最高反向工作電壓U_RM。

③ 最大反向電流I_RM是指二極管在規定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的最大反向電流。

④ 最高工作頻率f_M是指二極管正常工作下的最高頻率。

如果是穩壓二極管，主要參數有：

① 穩定電壓U_Z。

② 穩定電流I_Z和最大穩定電流I_Zmax。

③ 電壓溫度系數。