3.1　晶体二极管

晶体二极管简称二极管，是一种常用的具有一个PN结的半导体器件。晶体二极管品种很多，大小各异，从外观上看较常见的有玻璃壳二极管、塑封二极管、金属壳二极管、大功率螺栓状金属壳二极管、微型二极管、片状二极管等，如图3-1所示为常用晶体二极管外形。

晶体二极管按其制造材料的不同，可分为锗管和硅管两大类，每一类又分为N型和P型。按其制造工艺不同，可分为点接触型二极管和面接触型二极管。

按功能与用途不同，晶体二极管可分为一般二极管和特殊二极管两大类。一般二极管包括检波二极管、整流二极管、开关二极管等。特殊二极管主要有稳压二极管、敏感二极管（磁敏二极管、温度效应二极管、压敏二极管等）、变容二极管、发光二极管、光电二极管、激光二极管等。没有特别说明时，晶体二极管即指一般二极管。

3.1.1　怎样识别晶体二极管

晶体二极管的文字符号是“VD”，图形符号如图3-2所示。

各个国家对晶体二极管的型号命名方法各有规定。国产晶体二极管的型号命名由5部分组成，第一部分用数字“2”表示二极管，第二部分用字母表示材料和极性，第三部分用字母表示类型，第四部分用数字表示序号，第五部分用字母表示规格，如图3-3所示。

晶体二极管型号的意义见表3-1。例如，2AP9为N型锗材料普通检波二极管，2CZ55A为N型硅材料整流二极管，2CK71B为N型硅材料开关二极管。

晶体二极管两引脚有正、负极之分，如图3-4所示。

二极管电路符号中，三角一端为正极，短杠一端为负极。

二极管实物中，有的将电路符号印在二极管上标示出极性，有的在二极管负极一端印上一道色环作为负极标记，有的二极管两端形状不同，平头为正极，圆头为负极，使用中应注意识别。

3.1.2　晶体二极管有什么特点

晶体二极管的特点是具有单向导电特性，一般情况下只允许电流从正极流向负极，而不允许电流从负极流向正极，图3-5形象地说明了这一点。

当给晶体二极管加上正向电压+V时，就有正向电流I通过二极管，并且要在PN结上产生管压降UVD，如图3-6所示，R为限流电阻。

晶体二极管是非线性半导体器件。如图3-7所示为锗二极管和硅二极管的伏安特性曲线，从伏安特性曲线可以看出，晶体二极管的电压与电流为非线性关系，所以说晶体二极管是非线性器件。锗二极管的正向管压降UVD较小，约为0.3V；硅二极管的正向管压降UVD较大，约为0.7V。另外，硅二极管的反向漏电流比锗二极管小得多。

3.1.3　怎样理解晶体二极管的参数

晶体二极管的参数很多，常用的检波、整流二极管的主要参数有最大整流电流IFM、最大反向电压URM和最高工作频率fM。

（1）最大整流电流

最大整流电流IFM是指二极管长期连续工作时，允许正向通过PN结的最大平均电流。使用中实际工作电流应小于二极管的IFM，否则将损坏二极管。

（2）最大反向电压

最大反向电压URM是指反向加在二极管两端而不致引起PN结击穿的最大电压。使用中应选用URM大于实际工作电压2倍以上的二极管，如果实际工作电压的峰值超过URM，二极管将被击穿。

（3）最高工作频率

由于PN结极间电容的影响，使二极管所能应用的工作频率有一个上限。fM是指二极管能正常工作的最高频率。在作检波或高频整流使用时，应选用fM至少2倍于电路实际工作频率的二极管，否则不能正常工作。

3.1.4　晶体二极管有哪些用途

晶体二极管的主要作用是整流、检波和电子开关。

（1）半波整流

晶体二极管具有整流作用。如图3-8所示为半波整流电源电路，由于二极管的单向导电特性，在交流电压正半周时二极管VD导通，有输出。在交流电压负半周时二极管VD截止，无输出。经二极管VD整流出来的脉动电压再经RC滤波器滤波后即为直流电压。

半波整流的特点是电路简单，成本较低。但由于半波整流只利用了交流电的一半，所以效率较低，脉动成分较大。

（2）全波整流

如图3-9所示为桥式全波整流电路，全波整流常采用全桥整流堆，可以简化整流电路的结构。

全波整流的工作原理是当交流电正半周时，电流I经VD2、负载R、VD4形成回路，负载上电压UR为上正下负，如图3-9中点画线所示。

当交流电负半周时，电流I经VD3、负载R、VD1形成回路，负载上电压UR仍为上正下负，如图3-10中虚线所示，从而实现了全波整流。

虽然全波整流电路需要使用较多的二极管，但是全波整流充分利用了交流电的正负半周，使得效率大大提高，同时脉动成分也较小，因此得到广泛应用。

（3）检波

晶体二极管具有检波作用。如图3-11所示为超外差收音机检波电路，第二中放输出的调幅波加到二极管VD负极，其负半周通过了二极管（正半周被截止），再由RC滤波器滤除其中的高频成分，输出的就是调制在载波上的音频信号，这个过程称为检波。

（4）电子开关

晶体二极管具有开关作用。如图3-12所示开关电路中，当二极管VD正极接+9V时，VD导通，输入端（IN）信号可以通过二极管VD到达输出端（OUT）。当二极管VD正极接-9V时，VD截止，输入端（IN）与输出端（OUT）之间通路被切断。

3.1.5　怎样选用晶体二极管

常用晶体二极管主要有检波二极管、整流二极管、开关二极管、变容二极管等，可根据需要选用。稳压二极管、光电二极管和发光二极管将在后面专门介绍。

（1）检波二极管

检波二极管是点接触型二极管，结构如图3-13所示，它是用一根极细的金属丝热压在N型半导体片上制成的。

在金属丝与N型半导体片的接触点形成P型半导体，并在P型半导体与N型半导体的界面上形成PN结。

检波二极管的性能特点是结电容很小，工作频率高，正向压降小，但最大正向电流较小，内阻较大。例如，常用的2AP9检波二极管，最高工作频率可达100MHz，但最大正向电流只有8mA。

检波二极管主要是在小信号高频电路中作检波、鉴频和变频用，也可用作小信号整流或限幅等。

（2）整流二极管

整流二极管通常是面接触型二极管，结构如图3-14所示，它的PN结面积较大，因此可以通过较大的电流。

整流二极管的性能特点是最大正向电流较大，可承受较高的反向电压，但工作频率较低。例如，2CZ58H整流二极管，最大整流电流达10A，最高反向电压达600V，但最高工作频率只有3kHz。

整流二极管主要用于电源整流，也可用作限幅、钳位和保护电路。

（3）全桥整流堆

整流桥堆是一种整流二极管的组合器件，分为全桥整流堆和半桥整流堆两类。如图3-15所示为部分常见整流桥堆。

全桥整流堆通常简称为全桥，其文字符号为“UR”，图形符号如图3-16所示。

全桥整流堆内部包含4只整流二极管，并连接成桥式整流模式。全桥整流堆具有4个引脚：两个交流输入端（用符号“～”标示）、一个直流正极输出端（用符号“+”标示）和一个直流负极输出端（用符号“-”标示），如图3-17所示。

全桥整流堆主要用于桥式整流电路，可以取代4只整流二极管，简化了整流电路的结构。

（4）半桥整流堆

半桥整流堆通常简称为半桥。半桥整流堆内部包含两只整流二极管，其内部连接方式有三种：第一种是两只二极管正极相连构成的半桥，第二种是两只二极管负极相连构成的半桥，第三种是两只二极管互相独立构成的半桥，如图3-18所示。

半桥整流堆主要用于非桥式全波整流电路。两只二极管负极相连的半桥适用于输出正电压的全波整流电路，两只二极管正极相连的半桥适用于输出负电压的全波整流电路。两只二极管互相独立构成的半桥可按需要灵活连接应用。使用两个半桥可组成桥式整流电路。

（5）开关二极管

开关二极管的特点是正向电阻很小，反向电阻很大，反向恢复时间很小，开关速度很快，近似为一个理想的电子开关。例如，2CK系列开关二极管的反向恢复时间小于5ns。

开关二极管主要用于开关电路、脉冲电路、高频高速电路和逻辑控制电路等，大功率开关二极管主要用于开关电源、高频整流电路等。

（6）变容二极管

变容二极管的特点是PN结的结电容可以在外加反向电压的控制下改变。

变容二极管的结构原理如图3-19所示，工作时PN结加反向电压。反向电压越高，中间的耗尽层越宽，则结电容越小；反向电压越低，耗尽层越窄，则结电容越大。改变反向电压即可改变变容二极管的结电容。例如，变容二极管2CC32在反向电压从2V增大到25V时，结电容从14.0pF减小到2.1pF。

变容二极管主要用于电视机高频头、收音机调谐器以及通信设备的电调谐电路，起到类似可变电容器的作用。

3.1.6　怎样检测晶体二极管

晶体二极管可用万用表电阻挡进行引脚识别和检测。

（1）判别引脚

检测时，将万用表置于“R×1k”挡，用两表笔分别接到被测二极管的两端，测量二极管两端间的电阻。

如果测得的电阻值较小，则为二极管的正向电阻，这时与黑表笔（即表内电池正极）相连接的是二极管正极，与红表笔（即表内电池负极）相连接的是二极管负极，如图3-20所示。

如果测得的电阻值很大，则为二极管的反向电阻，这时与黑表笔相连接的是二极管负极，与红表笔相连接的是二极管正极，如图3-21所示。

（2）检测晶体二极管

正常的晶体二极管，其正、反向电阻的阻值应该相差很大，且反向电阻接近于无穷大。如果某二极管正、反向电阻值均为无穷大，说明该二极管内部断路损坏。如果正、反向电阻值均为“0”，说明该二极管已被击穿短路。如果正、反向电阻值相差不大，说明该二极管质量太差，也不宜使用。

（3）区分锗管与硅管

由于锗二极管和硅二极管的正向管压降不同，因此可以用测量二极管正向电阻的方法来区分。如果正向电阻小于1kΩ，则为锗二极管，如图3-22所示。如果正向电阻为1～5kΩ，则为硅二极管，如图3-23所示。