1.2 晶体二极管

学习目标

1.熟悉二极管的结构、分类和型号。

2.掌握二极管的伏安特性及各个工作区域的特点。

3.掌握硅、锗二极管的门坎电压和正向导通压降。。

4.会对二极管进行简易测试。

内容提要

将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了晶体二极管，简称二极管。由P区引出的电极为阳极，由N区引出的电极为阴极。

一、二极管的结构、分类和型号

1.结构和分类（如图1-2-1所示）

点接触型二极管，由一根金属丝经过特殊工艺与半导体表面相接，形成PN结。因而结面积小，不能通过较大的电流，但其结电容较小，一般在1pF以下，工作频率可达100MHz以上，因此适用于高频和小功率整流。

面接触型二极管是采用合金法工艺制成的。结面积大，能够流过较大的电流，但其结电容大，因而只能在较低频率下工作，一般仅作为整流管。

平面型二极管是采用扩散法制成的。结面积较大的可用于大功率整流，结面积小的可作为脉冲数字电路中的开关管。

二极管的种类很多。按材料来分，最常用的有硅管和锗管两种；按结构来分，有点接触型、面接触型和硅平面型几种；按用途来分，有普通二极管、整流二极管、稳压二极管等多种。

2.二极管命名方法

国家标准中，国产二极管的型号命名分为五个部分：第一部分用数字“2”表示二极管，第二部分用字母表示二极管的材料与极性（A：N型锗材料；B：P型锗材料；C：N型硅材料；D：P型硅材料），第三部分用字母表示二极管的类别（P：小信号管（普通管）；W：电压调整管和电压基准管（稳压管）；L：整流堆；N：阻尼管；Z：整流管等），第四部分用数字表示序号，第五部分用字母表示二极管的规格号。

二、二极管的伏安特性

二极管的文字符号用VD表示，图形符号如图1-2-2所示，其中三角箭头表示正向电流的方向。

二极管的伏安特性是指加在二极管两端的电压和流过二极管的电流之间的函数关系。伏安特性曲线是定量描述这两者之间的依从关系的曲线，如图1-2-3所示。

与PN结一样，二极管具有单向导电性。但是，由于二极管存在半导体体电阻和引线电阻，所以当外加正向电压时，在电流相同的情况下，二极管的端电压大于PN结上的压降；在外加正向电压相同的情况下，二极管的正向电流要小于PN结的电流；由于二极管表面漏电流的存在，使外加反向电压时的反向电流增大。表1-2-1为两种材料小功率二极管的数据比较。

表1-2-1 两种材料的二极管比较

三、二极管的主要参数

（1）最大整流电流IF：IF是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。在规定散热条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则将因结温升高而烧坏。

（2）最高反向工作电压UR：UR是二极管工作时允许外加的最大反向电压，超过此值时，二极管有可能因反向击穿而损坏。通常UR为击穿电压UBR的一半。

（3）反向电流IR：IR是二极管未击穿时的反向电流。IR越小，二极管的单向导电性越好。IR对温度非常敏感。

（4）最高工作频率fM：fM是二极管工作的上限频率。超过此值时，由于结电容的作用，二极管将不能很好地体现单向导电性。

四、二极管的简易测试

1.判断二极管的好坏

判断二极管的好坏常用的方法是测试二极管的正、反向电阻，然后加以判断。正向电阻越小越好，反向电阻越大越好，即二者相差越大越好。一般正向电阻阻值为几百欧或几百千欧，反向电阻阻值为几百兆欧或无穷大，这样的二极管是好的。如果正、反向电阻都为无穷大，则表示内部断线。如果正、反向电阻都为零，则表示PN结击穿或短路，说明二极管是坏的；如果正、反向电阻一样大，则这样的二极管也是坏的。

2.判断二极管的正极和负极

通过测量二极管的正、反向电阻，能判断管子的正负极。当使用数字万用表测得正向电阻时（阻值为几百欧或几百千欧），红表笔接的是管子的正极，黑表笔接的是管子的负极。当测得反向电阻时（阻值为几百兆欧或无穷大），黑表笔接的是正极，红表笔接的是负极。

由于二极管是非线性元件，当用不同倍率的欧姆挡或不同灵敏度的万用表进行测试时，所得的数据是不同的，但是正反向电阻相差几百倍这一原则是不变的。

五、其他类型二极管

1.发光二极管

发光二极管包括可见光、不可见光、激光等不同类型。发光二极管颜色决定于所用材料。它可以制成各种形状，如长方形、圆形等。图1-2-4所示为发光二极管的外形及符号。发光二极管也具有单向导电性，只有当外加的正向电压使得正向电流足够大时才发光。

2.光电二极管

光电二极管是远红外线接收管，是一种光能与电能进行转换的器件。PN结型光电二极管充分利用PN结的光敏特性，将接收到的光的变化转换成电流的变化。图1-2-5所示为光电二极管的几种常见外形和符号。

【例1-2-1】图1-2-6（a）所示为理想二极管电路，求AO两点间的电压UAO。

【要点解析】 所谓理想二极管是指二极管相当于一理想开关，即正偏时，压降为0，正向电阻为0；反偏时，反向电流为0，反向电阻为∞。

（1）先不考虑电阻的影响，分析计算二极管两端的总电压UD；（2）若UD＞0，则二极管正偏导通，此时二极管相当于开关闭合；若UD＜0，则二极管反偏截止，此时二极管相当于开关断开。

【解】 UD=-4.5+6=1.5V，即UD＞0，二极管正偏导通，等效电路如图1-2-6（b）所示。所以UAO=-4.5V。

巩固练习

一、单项选择题

1.硅材料二极管的导通电压是（ ），正向工作电压为（ ）。

A.0.1～0.2V B.0.3V C.0.5V D.0.7V

2.用万用表测量二极管的正反向电阻均小于或接近零，说明二极管（ ）。

A.正常 B.开路 C.击穿 D.可以使用

3.温度升高时二极管的导通压降将（ ），反向电流将（ ）。

A.增大 B.减小 C.不变 D.无法确定

4.硅二极管的正向电压在0.7V的基础上增加10%，它的电流（ ）；正向电压在0.3V的基础上增加10%，它的电流（ ）。

A.基本不变 B.也增加10% C.增加10%以上

5.二极管的正向电流在10mA基础上增加一倍，它两端的压降将（ ）。

A.增加一倍 B.增加一倍以上 C.略有增加

6.二极管的最高工作电压是100V，它的击穿电压是（ ）。

A.50V B.100V C.150V D.200V

7.用万用表的R×100Ω挡和R×1kΩ挡分别测量一个正常二极管的正向电阻，两次的结果将（ ）。

A.R×100Ω挡的测量值比R×1kΩ的测量值大

B.R×100Ω挡的测量值比R×1kΩ的测量值小

C.相同

D.无法确定

8.面接触型二极管适用于（ ）电路。

A.高频检波 B.低频整流 C.开关

9.当温度为20℃时，二极管的导通电压为0.7V，若其他参数不变，当温度升高到40℃时，二极管的导通电压将（ ）。

A.等于0.7V B.小于0.7V C.大于0.7V

二、判断题

10.在二极管的反向截止区，反向电流随反向电压的增大而迅速增大。（ ）

11.万用表的红表笔接二极管的正极，黑表笔接负极，测得是二极管的反向电阻。（ ）

三、填空题

12.整流二极管的最主要特性是______，它的两个主要参数分别是：反映正向特性的______和反映反向特性的______。

13.二极管正向导通的最小电压称为______电压；使二极管反向电流急剧增大所对应的电压称为______电压。

14.二极管被反向击穿后，如果反向电流不超过允许值，则二极管不致损坏，这种击穿称为______；如果反向电流过大，引起功耗太大使管子过热损坏，这种击穿称为______。

15.硅二极管和锗二极管相比，反向电流大的是______，正向导通压降大的是______。

16.甲、乙、丙三个二极管的性能见表1-2-2，性能最好的二极管是______。

表1-2-2

17.光敏二极管是将______能转变为______的半导体器件，当它受到光照时反向电阻______，如果外电路闭合就会有______产生。它工作在伏安特性的______区。

18.图1-2-7所示电路中，二极管为硅管。当ui=0.4V时，uo=______V；当ui=1.5V时，uo=______V。若二极管为锗管时，又分别是______V、______V。

四、简答题

19.根据图1-2-8给定的二极管伏安特性曲线回答：（1）图中实线所示的曲线是在温度T=25℃测得的。问此时该二极管的死区电压、反向击穿电压和反向电流各是多少？（2）当温度T由25℃改变到T1时，测得的伏安特性如图中虚线所示，问T1是大于还是小于25℃？

20.设图1-2-9所示电路中各二极管均为硅管，试判断二极管是否导通？

五、计算题

21.图1-2-10所示电路中，二极管正向导通电压为0，反向击穿电压为25V，反向电流为0.1mA，分别求出图中流过电阻的电流。