項(xiàng)目一 二極管的識(shí)別與檢測(cè)

一、項(xiàng)目目標(biāo)

（1）掌握普通二極管的識(shí)別與簡(jiǎn)易檢測(cè)方法。（2）掌握專用二極管的識(shí)別與簡(jiǎn)易檢測(cè)方法。

二、項(xiàng)目器材列表（表11）

表1 1

項(xiàng) 目 器 材

三、項(xiàng)目知識(shí)儲(chǔ)備

半導(dǎo)體器件是電子電路的核心，電子電路的質(zhì)量與所用半導(dǎo)體器件的質(zhì)量關(guān)系非常密切。因此，學(xué)習(xí)電子電路必須首先了解半導(dǎo)體器件的構(gòu)造，掌握它們的基本原理、特性和參數(shù)。

半導(dǎo)體器件的種類很多，一般來(lái)說(shuō)，用半導(dǎo)體材料制造的二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管及集成電路等，統(tǒng)稱為半導(dǎo)體器件。本項(xiàng)目要學(xué)習(xí)的是半導(dǎo)體和半導(dǎo)體二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基礎(chǔ)知識(shí)。

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

（一）本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)及其特性1.本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)

純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。常用的半導(dǎo)體硅、鍺是分別由硅、鍺原子組成的，在常溫下，由于其為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)而處于穩(wěn)定狀態(tài)，自由電子極少，它們的導(dǎo)電性能很差。在某種外界因素（例如受熱、光照）激發(fā)下，有的價(jià)電子由于吸收能量而內(nèi)能增加，掙脫了原子核的束縛變?yōu)樽杂呻娮印ｋ娮与x去后，原來(lái)的位置就留下一個(gè)空位，這個(gè)空位稱為空穴。

一價(jià)電子的離去形成一個(gè)空穴，這個(gè)空穴又可以被別的電子填補(bǔ)，這樣就又產(chǎn)生了一個(gè)新的空穴。電子和空穴均為載流子。在電場(chǎng)的作用下，電子向高電位方向運(yùn)動(dòng)，空穴向低電位方向運(yùn)動(dòng)，于是形成了電流。

2.本征半導(dǎo)體的特性

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

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

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

（二）半導(dǎo)體材料

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

1.N型半導(dǎo)體

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

2.P型半導(dǎo)體

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

圖11 PN結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖

雜質(zhì)的摻入，使N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體內(nèi)部載流子的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體，所以半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電能力相比本征半導(dǎo)體有了極大的增強(qiáng)。往本征半導(dǎo)體中摻入雜質(zhì)的目的，是為了利用半導(dǎo)體材料的這一特性生產(chǎn)半導(dǎo)體器件。

（三）PN結(jié)及其特性

1.PN結(jié)

當(dāng)把一塊P型半導(dǎo)體和一塊N型半導(dǎo)體以一定的工藝方法結(jié)合在一起時(shí)，P型半導(dǎo)體中的空穴和N型半導(dǎo)體中的電子就會(huì)相互擴(kuò)散、復(fù)合，在它們的交界面形成一個(gè)帶有電荷而無(wú)載流子的特殊薄層，這個(gè)薄層就叫做PN結(jié)。PN結(jié)的P型區(qū)由于失去空穴、得

到電子而帶負(fù)電，PN結(jié)的N型區(qū)由于失去電子、得到空穴而帶正電，由此而形成的電場(chǎng)稱為PN結(jié)電場(chǎng)。由于PN結(jié)內(nèi)的電子與空穴已經(jīng)復(fù)合，沒有載流子，所以PN結(jié)又稱為耗盡層。PN結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖

1 1所示。

2.PN結(jié)的特性

PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦裕醇诱螂妷簩?dǎo)電，加反向電壓不導(dǎo)電。PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦跃哂泻苤匾睦碚摷皩?shí)用意義，它是分析半導(dǎo)體二極管和三極管工作原理的基礎(chǔ)。

（1）PN結(jié)正向?qū)щ姟．?dāng)給PN結(jié)加上正向電壓，即P區(qū)接高電位，N區(qū)接低電位時(shí)，外電場(chǎng)的方向與PN結(jié)電場(chǎng)的方向相反。由于外電場(chǎng)的加入，PN結(jié)電場(chǎng)減弱，PN結(jié)變薄，使得空穴與電子的擴(kuò)散能夠繼續(xù)進(jìn)行，于是PN結(jié)能夠?qū)щ姟N結(jié)正向?qū)щ娫?/p>

理如圖1 2（a）所示。

（2）PN結(jié)反向不導(dǎo)電。當(dāng)給PN結(jié)加反向電壓，即P區(qū)接低電位，N區(qū)接高電位時(shí)，外電場(chǎng)的方向與PN結(jié)電場(chǎng)的方向相同。由于外電場(chǎng)的加入，PN結(jié)電場(chǎng)得到增強(qiáng)，PN結(jié)變厚，使得擴(kuò)散不能進(jìn)行，于是PN結(jié)不導(dǎo)電。PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦栽砣鐖D1

2（b）所示。

圖12 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?/p>

（四）半導(dǎo)體二極管

1.二極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類

（1）結(jié)構(gòu)和符號(hào)。半導(dǎo)體二極管又叫晶體二極管，簡(jiǎn)稱二極管，它的內(nèi)部由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，外部引出兩個(gè)電極，從P區(qū)引出的電極為二極管的正極，又叫陽(yáng)極；從N區(qū)引出的電極為二極管的負(fù)極，又叫陰極。然后再將其封裝在管殼內(nèi)，如圖1 3（a）所示。

圖13 電路圖形符號(hào)

二極管有一個(gè)PN結(jié)、兩個(gè)電極，其主要特性是單向?qū)щ娦浴?/p>

二極管的電路圖形符號(hào)如圖1 3（b）所示，文字符號(hào)用VD表示。圖形符號(hào)中箭頭的方向表示二極管正向?qū)〞r(shí)電流的方向，正常工作時(shí)電流由正極流向負(fù)極。二極管是電子線路經(jīng)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(shuō)明二極管的性質(zhì)，通常使用二極管兩端的電壓與通過(guò)二極管的電流之間的關(guān)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(biāo)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(fù)極接低電位）時(shí)的特性。當(dāng)正向電壓小于某一數(shù)值（該電壓稱為死區(qū)電壓，硅管為0.5V，鍺管為0.2V）時(shí)，通過(guò)二極管的電流很小，幾乎為零。當(dāng)正向電壓超過(guò)死區(qū)電壓時(shí)，電流隨電壓的升高而明顯增加，此時(shí)二極管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。二極管導(dǎo)通后，二極管兩端的電

壓幾乎不隨電流的變化而變化，此時(shí)二極管兩端的電壓稱為導(dǎo)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(dá)到死區(qū)電壓時(shí)，并不能導(dǎo)通，只有在正向電壓達(dá)到或超過(guò)死區(qū)電壓時(shí)，二極管才能導(dǎo)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(fù)極接高電位）時(shí)，當(dāng)反向電壓小于某值（此電壓稱為反向擊穿電壓U_BR）時(shí)，反向電流很小，并且?guī)缀醪浑S反向電壓的變化而變化，該反向電流稱為反向飽和電流，簡(jiǎn)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(dá)幾百微安。在應(yīng)用時(shí)，反向電流越小，二極管的熱穩(wěn)定性越好，質(zhì)量越高。

當(dāng)反向電壓增加到反向擊穿電壓U_BR時(shí)，反向電流會(huì)急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。反向擊穿破壞了二極管的單向?qū)щ娦裕绻麤]有限流措施，二極管很可能因電流過(guò)大而損壞。

無(wú)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(jié)構(gòu)所決定的。所以，在使用二極管時(shí)，電路中應(yīng)該串聯(lián)限流電阻，以免因電流過(guò)大而損壞二極管。

不同材料、不同結(jié)構(gòu)的二極管電壓、電流特性曲線雖有區(qū)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(cè)

（1）普通單色二極管的檢測(cè)。

1）正向?qū)妷?.5～2.5V。外加電壓越大越亮。注意實(shí)際電壓不能使通過(guò)LED的電流超過(guò)其最大工作電流。

2）檢測(cè)時(shí)，要用R×10k擋（因內(nèi)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(cè)量時(shí)還微微發(fā)光。

（2）穩(wěn)壓二極管的檢測(cè)。

1）工作在反壓狀態(tài)，具有穩(wěn)壓作用，檢測(cè)方法同普通二極管。

2）不同處：用R×1k擋測(cè)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(shuō)明是普通二極管。變化則為穩(wěn)壓二極管。使用R×10k擋時(shí)內(nèi)電池電壓為9V，若穩(wěn)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(huì)擊穿。

（3）普通光電二極管的檢測(cè)。

1）光電二極管工作在反向偏置狀態(tài)。

2）無(wú)光照時(shí)，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(shí)，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(cè)有無(wú)光照電阻相差很大。檢測(cè)結(jié)果相差不大說(shuō)明已壞或不是光電二極管。

四、項(xiàng)目步驟

1.普通二極管的識(shí)別與檢測(cè)在表13中填好檢測(cè)結(jié)果。

表1 3

用萬(wàn)用表測(cè)試普通二極管

（1）塑封白環(huán)一端為負(fù)極，玻璃封裝黑環(huán)一端為負(fù)極。

（2）檢測(cè)時(shí)兩手不能同時(shí)接觸兩引腳，表置于R×1k擋，并歐姆調(diào)零。調(diào)零時(shí)間不能太長(zhǎng)。

（3）讀數(shù)要用平面鏡成像規(guī)律。2.專用二極管的識(shí)別與檢測(cè)在表14中填好測(cè)量結(jié)果。

表1 4

用萬(wàn)用表測(cè)試專用二極管

（1）測(cè)試發(fā)光二極管，應(yīng)用R×10k擋并調(diào)零。

（2）測(cè)穩(wěn)壓二極管時(shí)，用R×1k或R×10k，分別測(cè)反向電阻。

（3）測(cè)光電二極管時(shí)要遮住受光窗，接受光時(shí)，光線不能太強(qiáng)，否則會(huì)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(jié)硅、鍺二極管分別適合什么場(chǎng)合。

（3）查資料找出本次實(shí)訓(xùn)用二極管可替代的進(jìn)口二極管管型、進(jìn)口二極管可替代的國(guó)產(chǎn)管型。

六、項(xiàng)目評(píng)價(jià)表（表15）

表1 5

項(xiàng)目評(píng)價(jià)表