第四节 二极管

1.半导体材料的导电特性

半导体，是指导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质。

（1）掺杂性。二极管、晶体管、场效应晶体管、晶闸管等，都是利用半导体的掺杂特性制造的。

（2）光敏性。利用这一特性，可以制成光敏电阻、光敏二极管和光敏晶体管等。

（3）热敏性。利用这一特性，可以制成热敏电阻，常用在工业自动控制装置中。

2.PN结

不加杂质的纯净半导体，称为本征半导体。

在纯净的半导体中加入极微量的其他元素，得到的半导体称为杂质半导体。

在本征半导体中掺入适量的三价元素，就形成P型半导体。

在本征半导体中掺入适量的五价元素，就形成N型半导体。

在P区和N区的交界面形成一个具有特殊电性能的薄层，称为PN结。PN结具有单向导电性，PN结如图1-63所示。

3.二极管的形成、符号与特性

晶体二极管简称二极管。它由一个PN结加上电极引线和管壳构成，如图1-64所示。

二极管的一般图形符号如图1-65所示，文字称号为VD。常见的二极管有整流二极管、检波二极管、开关二极管等。

1）二极管的单向导电性

如图1-66（a）所示，直流电源正极接二极管正极，直流电源负极接二极管负极，这种接法称为正向偏。此时，二极管导通，指示灯亮。

如图1-66（b）所示，直流电源正极接二极管负极，直流电源负极接二极管正极，这种接法称为反向偏置。此时，二极管不导通，即截止，指示灯不亮。

结论：当二极管正向偏置时，二极管导通；当二极管反向偏置时，二极管截止。二极管的这种特性称为单向导电性。

2）二极管的伏安特性曲线

二极管的导电性能由加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定。这两者之间的关系称为二极管的伏安特性。二极管的伏安特性曲线如图1-67所示。

正向特性

① 死区。如图中 OA 段，称为死区。硅二极管的死区电压约为 0.5 V，锗二极管的死区电压约为0.2 V。

② 正向导通。如图中AB段。二极管导通后两端电压基本不变，硅二极管约为0.7 V，锗二极管约为0.3 V。

反向特性

① 反向截止区。当加反向电压时，二极管反向电流很小，而且在很大范围内不随反向电压的变化而变化，故称为反向饱和电流。

② 反向击穿区。若反向电压不断增大到一定数值时，反向电流就会突然增大，这种现象称为反向击穿。

稳压二极管就是利用反向击穿特性在电路中起稳定电压作用的。

由二极管的伏安特性可知，二极管属于非线性器件。

4.二极管的分类

按制作材料分：硅二极管、锗二极管。

按结构形式分：点接触型、面接触型、平面型二极管。

（1）整流二极管。整流二极管是用于将交流电能转变为脉动直流电能的半导体器件，如图1-68所示。

（2）检波二极管。检波二极管也称解调二极管，是利用其单向导电性将高频或中频无线电信号中的低频信号或音频信号分离出来的器件。它具有较高的检波效率和良好的频率特性，如图1-69所示。

（3）开关二极管。开关二极管是为在电路上进行通断而特殊设计的一种二极管。它由导通变截止或由截止变导通所需的时间比一般二极管短，即开关速度快，如图1-70所示。

（4）特殊二极管的图形符号和外形（见表1-9）。

5.识别二极管的极性

（1）国产的二极管通常将电路符号印在管壳上，直接标示出引脚极性，如图1-71所示。

（2）小型塑料封装的二极管的 N 极（负极），常在负极一端印上一道色环作为负极标记，如图1-72所示。

（3）有的二极管两端形状不同，平头一端引脚为正极，圆头一端引脚为负极，如图1-73所示。

（4）发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长引脚为正极，短引脚为负极，如图1-74所示。

6.二极管的检测

● 普通二极管的检测

1）判断二极管极性

① 选择量程。将量程开关拨到R×100或R×1k挡。

② 欧姆调零。

③ 检测极性。先用表笔分别与二极管的两极相连，测出正、反向两个电阻阻值。测得阻值较小的那一次，与黑表笔相接的一端即为二极管的正极。同理，测得阻值较大的那一次，与黑表笔相接的一端即为二极管的负极，如图1-75所示。

2）判断二极管质量的方法见表1-10。

● 检测发光二极管

（1）将指针式万用表置于R×10kΩ挡，欧姆调零。

（2）将红、黑表笔分别接至发光二极管两端。若测得阻值为∞，再将红、黑表笔对调后接在发光二极管两端，若测得的电阻阻值约为几十千欧至200kΩ，说明发光二极管质量良好。测得电阻阻值约为几十千欧至 200kΩ 的那一次，黑表笔接的是发光二极管正极，如图1-76所示。

（3）若两次测得的阻值都很大，则发光二极管内部开路；若两次测得的阻值都较小，则发光二极管内部击穿。

● 区分硅二极管和锗二极管

（1）将万用表的量程选择开关拨到R×100挡或R×1k挡。

（2）用黑表笔接二极管的“+”极，红表笔接二极管的“-”极，测其正向电阻。如果万用表的指针在表盘中间或中间偏右一点，则为硅管；如果万用表的指针在表盘右端靠近满刻度处，则为锗管，如图1-77（a）所示。

（3）也可以用万用表红表笔接二极管的“+”极，黑表笔接二极管的“-”极，即测其反向电阻。如果指针基本不动，指在“∞”处，则为硅管；如果指针有很小偏转，且一般不超过满刻度的1/4，则为锗管，如图1-77（b）所示。

● 区分稳压管和普通二极管

（1）将万用表的量程选择开关拨到R×10k电阻挡。

（2）用黑表笔接待区分管的负极，红表笔接其正极，由表内叠层电池向管子提供反向电压。若指针基本不动，指在“∞”处或有极小偏转的，则为普通二极管；如果指针有一定的偏转，则为稳压管，如图1-78所示。

● 用数字万用表测量二极管

1）判别极性

① 将数字万用表置于二极管挡，表笔分别接二极管的两个电极。

② 若显示屏显示在“1”以下数字时，说明二极管导通，红表笔所接的引脚为正极，黑表笔所接的引脚为负极。此时，数字万用表显示出被测发光二极管的正向电压，单位为V，如图1-79（a）所示。

③ 若数字万用表是溢出显示（显示“1”），则说明二极管处于反向截止状态，红表笔所接的引脚为负极，黑表笔所接的引脚为正极，如图1-79（b）所示。

2）判断质量

如果正、反向接法测量时，数字显示≤20时，同时发出蜂鸣声，或者均为溢出显示，则说明被测二极管是坏的。

3）区分硅管和锗管

将数字万用表置于二极管挡，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，若显示屏显示的电压值为0.5～0.7V，说明被测管是硅管；若显示屏显示的电压值为0.1～0.3V，说明被测管是锗管。

4）检测发光二极管

① 将数字万用表置于二极管挡。

② 当正向接法时，数字万用表显示出被测发光二极管的正向电压，同时被测二极管发出微亮光点。此时，红表笔所接的引脚为正极，黑表笔所接的引脚为负极，如图1-80（a）所示。

③ 当反向接法时，数字万用表是溢出显示（显示“1”），被测发光二极管不会发光，如图1-80（b）所示。

7.二极管的选用

1）认识二极管的型号

二极管的型号命名通常由5部分组成，如图1-81所示。

2）选择二极管的类型

① 整流二极管的选用。整流二极管一般为平面型硅二极管，用于各种电源整流电路中。

② 检波二极管的选用。检波二极管一般可选用点接触型锗二极管，如2AP系列。

③ 稳压二极管的选用。稳压二极管一般用在稳压电源中作为基准电压源或用在过电压保护电路中作为保护二极管。

④ 硅功率开关二极管可实现高速导通与截止。主要在大功率开关或稳压电路、直流变换器、高速电机调速及在驱动电路中用作高频整流及续流箝位。

3）选择二极管的主要参数

① 最大整流电流I_FM是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。

② 二极管正常工作时所能承受的最高反向电压值，即为最高反向工作电压U_RM。

③ 最大反向电流I_RM是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的最大反向电流。

④ 最高工作频率f_M是指二极管正常工作下的最高频率。

如果是稳压二极管，主要参数有：

① 稳定电压U_Z。

② 稳定电流I_Z和最大稳定电流I_Zmax。

③ 电压温度系数。