項目一 二極管的識別與檢測

一、項目目標

（1）掌握普通二極管的識別與簡易檢測方法。（2）掌握專用二極管的識別與簡易檢測方法。

二、項目器材列表（表11）

表1 1

項 目 器 材

三、項目知識儲備

半導體器件是電子電路的核心，電子電路的質量與所用半導體器件的質量關系非常密切。因此，學習電子電路必須首先了解半導體器件的構造，掌握它們的基本原理、特性和參數。

半導體器件的種類很多，一般來說，用半導體材料制造的二極管、三極管、場效應晶體管及集成電路等，統稱為半導體器件。本項目要學習的是半導體和半導體二極管、三極管、場效應晶體管的基礎知識。

自然界有多種物質，按其導電性能可分為導體、絕緣體和半導體三類。導電性能良好的物質稱為導體，例如各種金屬及酸、堿、鹽的水溶液等。不導電的物質稱為絕緣體，例如玻璃、橡膠及陶瓷等。另外還有一類物質，它們的導電性能介于導體和絕緣體之間，稱為半導體，例如硅、鍺、硒、砷化鎵和大多數金屬氧化物及硫化物等。

（一）本征半導體的結構及其特性1.本征半導體的結構

純凈的半導體稱為本征半導體。常用的半導體硅、鍺是分別由硅、鍺原子組成的，在常溫下，由于其為共價鍵結構而處于穩定狀態，自由電子極少，它們的導電性能很差。在某種外界因素（例如受熱、光照）激發下，有的價電子由于吸收能量而內能增加，掙脫了原子核的束縛變為自由電子。電子離去后，原來的位置就留下一個空位，這個空位稱為空穴。

一價電子的離去形成一個空穴，這個空穴又可以被別的電子填補，這樣就又產生了一個新的空穴。電子和空穴均為載流子。在電場的作用下，電子向高電位方向運動，空穴向低電位方向運動，于是形成了電流。

2.本征半導體的特性

（1）熱敏特性。當半導體的溫度升高時，電子、空穴增多，它的導電性能就會隨著溫度的升高而增強，半導體的這種特性稱為熱敏特性。利用半導體的熱敏特性可制成半導體熱敏器件。

（2）光敏特性。當半導體受到光的照射時，電子、空穴也會增多，它的導電性能也會隨光照的增強而增強，半導體的這種特性稱為光敏特性。利用半導體的光敏特性可制成半導體光敏器件。

（3）摻雜特性。當有目的地往本征半導體中摻入微量五價或三價元素時，半導體的導電性能就會急劇增強，半導體的這種特性稱為摻雜特性。利用半導體的摻雜特性，可以制成半導體材料，從而制造各種半導體器件。

（二）半導體材料

利用半導體的摻雜特性，往本征半導體中摻入微量五價或三價元素，就制成了半導體材料。半導體材料有N型和P型兩種，它們是制作各種半導體元器件的材料。

1.N型半導體

往本征半導體中摻入微量五價元素，可制成N型半導體材料。五價元素的摻入使自由電子濃度增大，半導體的導電性能急劇增強。N型半導體的導電是以電子導電為主，所以N型半導體又稱為電子導電半導體。

2.P型半導體

往本征半導體中摻入微量三價元素，可制成P型半導體材料。三價元素的摻入使空穴濃度增大，半導體的導電性能急劇增強。P型半導體的導電是以空穴導電為主，所以P型半導體又稱為空穴導電半導體。

圖11 PN結的結構示意圖

雜質的摻入，使N型半導體和P型半導體內部載流子的數目遠遠大于本征半導體，所以半導體材料的導電能力相比本征半導體有了極大的增強。往本征半導體中摻入雜質的目的，是為了利用半導體材料的這一特性生產半導體器件。

（三）PN結及其特性

1.PN結

當把一塊P型半導體和一塊N型半導體以一定的工藝方法結合在一起時，P型半導體中的空穴和N型半導體中的電子就會相互擴散、復合，在它們的交界面形成一個帶有電荷而無載流子的特殊薄層，這個薄層就叫做PN結。PN結的P型區由于失去空穴、得

到電子而帶負電，PN結的N型區由于失去電子、得到空穴而帶正電，由此而形成的電場稱為PN結電場。由于PN結內的電子與空穴已經復合，沒有載流子，所以PN結又稱為耗盡層。PN結的結構示意圖如圖

1 1所示。

2.PN結的特性

PN結具有單向導電特性，即加正向電壓導電，加反向電壓不導電。PN結的單向導電特性具有很重要的理論及實用意義，它是分析半導體二極管和三極管工作原理的基礎。

（1）PN結正向導電。當給PN結加上正向電壓，即P區接高電位，N區接低電位時，外電場的方向與PN結電場的方向相反。由于外電場的加入，PN結電場減弱，PN結變薄，使得空穴與電子的擴散能夠繼續進行，于是PN結能夠導電。PN結正向導電原

理如圖1 2（a）所示。

（2）PN結反向不導電。當給PN結加反向電壓，即P區接低電位，N區接高電位時，外電場的方向與PN結電場的方向相同。由于外電場的加入，PN結電場得到增強，PN結變厚，使得擴散不能進行，于是PN結不導電。PN結的單向導電特性原理如圖1

2（b）所示。

圖12 PN結的單向導電特性

（四）半導體二極管

1.二極管的結構、符號和分類

（1）結構和符號。半導體二極管又叫晶體二極管，簡稱二極管，它的內部由一個PN結構成，外部引出兩個電極，從P區引出的電極為二極管的正極，又叫陽極；從N區引出的電極為二極管的負極，又叫陰極。然后再將其封裝在管殼內，如圖1 3（a）所示。

圖13 電路圖形符號

二極管有一個PN結、兩個電極，其主要特性是單向導電性。

二極管的電路圖形符號如圖1 3（b）所示，文字符號用VD表示。圖形符號中箭頭的方向表示二極管正向導通時電流的方向，正常工作時電流由正極流向負極。二極管是電子線路經常使用的器件。

（2）類型。二極管的分類方法有很多種，見表12。

表1 2

二極管的種類

2.二極管的伏安特性

為了直觀地說明二極管的性質，通常使用二極管兩端的電壓與通過二極管的電流之間的關系曲線，即二極管的伏安特性曲線，如圖14所示。

圖14 二極管的伏安特性

在圖14所示的坐標圖中，位于第一象限的曲線表示二極管的正向特性，位于第三象限的曲線表示二極管的反向特性。

（1）正向特性。所謂正向特性是指給二極管加正向電壓（二極管正極接高電位，負極接低電位）時的特性。當正向電壓小于某一數值（該電壓稱為死區電壓，硅管為0.5V，鍺管為0.2V）時，通過二極管的電流很小，幾乎為零。當正向電壓超過死區電壓時，電流隨電壓的升高而明顯增加，此時二極管進入導通狀態。二極管導通后，二極管兩端的電

壓幾乎不隨電流的變化而變化，此時二極管兩端的電壓稱為導通管壓降，用U_T表示，硅

管為0.7V，鍺管為0.3V。

（2）反向特性。二極管正向電壓未達到死區電壓時，并不能導通，只有在正向電壓達到或超過死區電壓時，二極管才能導通。所謂反向特性是指給二極管加反向電壓（二極管正極接低電位，負極接高電位）時，當反向電壓小于某值（此電壓稱為反向擊穿電壓U_BR）時，反向電流很小，并且幾乎不隨反向電壓的變化而變化，該反向電流稱為反向飽和電流，簡稱反向電流，用I_JR表示。通常硅管的反向電流在幾十微安以下，鍺管的反向電流可達幾百微安。在應用時，反向電流越小，二極管的熱穩定性越好，質量越高。

當反向電壓增加到反向擊穿電壓U_BR時，反向電流會急劇增大，這種現象稱為反向擊穿。反向擊穿破壞了二極管的單向導電性，如果沒有限流措施，二極管很可能因電流過大而損壞。

無論硅管還是鍺管，即使工作在最大允許電流下，二極管兩端的電壓降一般也都在0.7V以下，這是由二極管的特殊結構所決定的。所以，在使用二極管時，電路中應該串聯限流電阻，以免因電流過大而損壞二極管。

不同材料、不同結構的二極管電壓、電流特性曲線雖有區別，但形狀基本相似，都不是直線，故二極管是非線性元件。

3.二極管的檢測

（1）普通單色二極管的檢測。

1）正向導通電壓1.5～2.5V。外加電壓越大越亮。注意實際電壓不能使通過LED的電流超過其最大工作電流。

2）檢測時，要用R×10k擋（因內電池電壓為9V），方法同普通二極管，只是正向電大得多，甚至測量時還微微發光。

（2）穩壓二極管的檢測。

1）工作在反壓狀態，具有穩壓作用，檢測方法同普通二極管。

2）不同處：用R×1k擋測反向電阻很大，換用R×10k，其反向電阻減小很多。若換擋電阻基本不變，說明是普通二極管。變化則為穩壓二極管。使用R×10k擋時內電池電壓為9V，若穩壓二極管反向擊穿電壓小于9V，則因被擊穿而電阻減小很多。而普通二極管反向擊穿電壓比普通管大得多，不會擊穿。

（3）普通光電二極管的檢測。

1）光電二極管工作在反向偏置狀態。

2）無光照時，光電二極管與普通二極管一樣，反向電流小，反向電阻大（幾十兆歐姆以上）；有光照時，反向電流明顯增加，反向電阻明顯減小（幾千歐姆～幾十千歐姆），反向電流與光照成正比。檢測有無光照電阻相差很大。檢測結果相差不大說明已壞或不是光電二極管。

四、項目步驟

1.普通二極管的識別與檢測在表13中填好檢測結果。

表1 3

用萬用表測試普通二極管

（1）塑封白環一端為負極，玻璃封裝黑環一端為負極。

（2）檢測時兩手不能同時接觸兩引腳，表置于R×1k擋，并歐姆調零。調零時間不能太長。

（3）讀數要用平面鏡成像規律。2.專用二極管的識別與檢測在表14中填好測量結果。

表1 4

用萬用表測試專用二極管

（1）測試發光二極管，應用R×10k擋并調零。

（2）測穩壓二極管時，用R×1k或R×10k，分別測反向電阻。

（3）測光電二極管時要遮住受光窗，接受光時，光線不能太強，否則會損壞二極管。

五、想一想，練一練

（1）如何判斷硅二極管、鍺二極管?

（2）查資料，總結硅、鍺二極管分別適合什么場合。

（3）查資料找出本次實訓用二極管可替代的進口二極管管型、進口二極管可替代的國產管型。

六、項目評價表（表15）

表1 5

項目評價表