【E课堂】晶体二极管之普通二极管的识别与使用

时间: 2024-09-21 08:11:52 |   作者: 新闻中心

  简称二极管，它和晶体三极管一样都是由半导体材料制造成的。所谓半导体，是指导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质，常用的半导体材料有硅和锗。我们常听说的美国硅谷，就是因为起先那里有很多家半导体厂商。

  半导体材料有两个显著特性：一是导电能力的大小受杂质含量多少影响极大，如硅中只要掺入百万分之一的硼，导电能力就能大大的提升50万倍以上;二是导电能力受外界条件的影响很大，如温度、光照的变化，都会使它的电阻率明显改变。利用这些特性，可以制造出用途广泛、各具特点、功能不一的半导体器件。

  由于绝大多数半导体是晶体，所以往往把半导体材料称为晶体，晶体二极管、晶体三极管的名称就是这样得来的。晶体二极管种类很多，常用的有普通二极管(用于整流、检波、开关等)和具有特殊性能的二极管(如发光二极管、稳压二极管、光敏二极管等)。本篇首先向大家介绍用途十分普遍的普通二极管。

  在半导体器件的大家族中，二极管是诞生最早的成员。在现代电子技术领域中，它仍然扮演着十分重要的角色。初学者正确掌握二极管的识别和使用，对于顺利完成各种电子制作和维修显得至关重要。

  半导体材料按导电类型不同，分成P型半导体和N型半导体两类。如果把一小块半导体材料一边做成P型，另一边做成N型，在它们的交界处就形成了PN结，如图1所示。简单地说，把一个带有引线的PN结封装在玻璃管、塑料体或金属的外壳里，就构成了二极管。

  晶体二极管有两根电极引线，一根是正极(接内部P型半导体材料)，另一根是负极(接内部N型半导体材料)。单向导电性是二极管的基本特性。我们把电池G、小灯泡H、二极管串联起来，连成图2所示的电路。在(a)图中，电池正极接在二极管正极上，电池负极通过小灯泡接在二极管的负极上。这时二极管加的是正向电压，小灯泡发光。在(b)图中，二极管正、负极引线倒换过来，二极管加的是反向电压，小灯泡就不能发光。二极管加上正向电压时电阻很小，能良好导通，加上反向电压时电阻很大，接近开路截止，这就是它的单向导电性。这个特性也能够理解为：在电路中，二极管只准电流从其正极流向负极，不准反向流通。

  晶体二极管在收音机中对无线电波进行检波，在电源变换电路中把交流电变换成为脉动直流电，在数字电路中充当无触点开关等，都是利用了它的单向导电特性。

  普通二极管按照所用的半导体材料不同，可分为锗二极管和硅二极管;按管芯结构不同，可分为图4所示的点接触型二极管、面接触型二极管和平面型二极管;根据管子用途不同，又可分为整流二极管、检波二极管、开关二极管等。

  点接触型二极管是用一根很细的金属触丝压在光洁的半导体表面上，通以强脉冲电流，使触丝一端与半导体牢固地烧结在一起，构成PN结，如图4(a)所示。点接触型二极管因触丝和半导体接触面很小，只允许通过较小的电流(几十毫安以下)，但在高频下工作性能很好，适用于收音机中对高频信号的检波和微弱交流电的整流。国产锗二极管2AP系列、2AK系列，都是点接触型的。

  面接触型二极管的PN结面积较大，并做成平面状，如图4(b)所示。它能够最终靠较大的电流，适用于对电网的交流电进行整流。国产大部分2CP系列和2CZ系列的二极管都是面接触型的。

  硅平面型二极管的特点是在PN结表面覆盖了一层二氧化硅薄膜，避免了PN结表面被水分子、气体分子以及其他离子等沾污，如图4(c)所示。这种二极管的特性较为稳定可靠，多用于开关、脉冲及超高频电路中。国产2CK系列二极管就属于这种类型。

  ①最大整流电流(IFM)。这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。最大整流电流亦称额定正向工作电流。使用中，实际在做的工作电流应小于二极管的该参数，否则将损坏二极管。例如，常用2AP9型锗检波二极管的最大整流电流为5mA，1N4001、1N4007型硅整流二极管的最大整流电流均为1A。

  ②最高反向工作电压(URM)。这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大于实际在做的工作电压2倍以上的二极管，如果实际在做的工作电压的峰值超过该参数，二极管就有被击穿的危险。例如，常用2AP9型锗检波二极管的最高反向工作电压为15V，1N4001型硅整流二极管的最高反向工作电压为50V，1N4007型硅整流二极管的最高反向工作电压为1000V。

  ③正向电压降(UF)。指二极管导通时其两端产生的正向电压降，在规定的正向电流下二极管的正向电压越小越好，例如，对于常用的小型锗二极管来说，这个电压大约是0.2V，而硅管则为0.65V左右。

  ④反向电流(IR)。是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的电流。反向电流越小，管子的单向导电性能越好。一般硅二极管的反向电流为10μA或更小，锗二极管的反向电流约为几百微安。

  ⑤最高工作频率(fM)。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，否则异常工作。例如，常用2AP9型锗检波二极管的最高工作频率为100MHz，1N4000系列硅整流二极管的最高工作频率为3kHz。

  管引线，要尽量短，不能用长引线或把引线弯成圈来达到散热目的。最大整流电流IFM是指电阻性或电感性负载下的半波平均值，若整流二极管工作在电容性负载时，IFM宜降低20%使用，否则二极管可能会因过流发热而很快损坏。

  ④晶体二极管损坏后一般不可修复，只能更换新管。在选配二极管时应尽可能用同型号的二极管，如无同型号二极管更换时，可尽可能地选择用途相同或相近的二极管进行代换，但要求做到：代换管的材料、极性必须与原管一致，并且相关参数指标不能低于原管。例如，代用整流二极管的最大整流电流和最大反向电压两项极限参数不能低于原管，否则将有可能会被烧毁或被击穿。代用检波二极管的最高工作频率不能低于原管，否则异常工作。一般说来，材料、极性不同的二极管不宜互代。这还在于锗管与硅管的管压降不一样，如果直接代用，电路将异常工作，但用途不同的二极管在符合上述原则的前提下可以灵活变通。例如，可用高频开关管代替检波管，可用低频开关管代替小电流整流管等。

  ⑤业余条件下，当手头没有大电流整流二极管时，可按图8(a)所示，将同一型号的两个较小电流的整流二极管并联起来使用，没有高反向电压的二极管时，可按图8(b)所示，将同一型号的两个较小反向电压的二极管串联起来使用。但在具体应用电路中，还应注意根据需要决定是不是加入均衡电路(如均流电阻器或均压电阻器)，以确保二极管安全可靠地工作。

  ⑥业余条件下，对于集电极或发射极引脚齐根断了的三极管，或损坏了一个PN结的三极管，可变废为宝，按照图9所示用作二极管。通常来说，高频小功率三极管可以用作检波二极管，低频大功率三极管可以用作整流二极管。但注意，基极引脚齐根断了的三极管是不能当做二极管使用的。

  国产晶体二极管的型号命名规定由5个部分所组成(也有省掉第五部分的)，如2AP9、2CZ54F等。其中：第一位用数字表示二极管。第二位用汉语拼音字母表示管子的材料和极性，如A为锗N型、B为锗P型、C为硅N型、D为硅P型。第三位用汉语拼音字母表示管子的类型，如P为普通管(小信号管)、K为开关管、V为混频检波管、W为稳压管、Z为整流管、L为整流堆、S为隧道管、N为阻尼管、U为光敏管。第四位(数字)、第五位(汉语拼音字母)分别为产品序号和规格，表示最大整流电流、最高反向工作电压、最高工作频率等参数的差异，具体可查有关手册。

  源于国外的常见晶体二极管的型号有1N4000系列，目前在各种电子装置中应用很普遍，几乎取代了国标型号的产品。但实际上这些二极管并非全部是进口货，大多数为国产。

  通常情况下，晶体二极管的外壳上只标注型号和极性，不会像电阻器、电容器、电感器那样标注出它的主要参数，要想了解二极管的有关参数，就得查阅有关手册等。附表列出了电子爱好者经常用到的晶体二极管的主要参数。

  根据晶体二极管的外壳标志或封装形状，可以区分出两管脚的正、负极性来。常见普通二极管的管脚识别方法如图5所示。国产的二极管通常将电路符号(见图6)印在管壳上，直接标示出引脚极性。小型塑料封装的二极管通常在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相同，平头一端引脚为正极，圆头一端引脚为负极。熟练掌握这些标志管脚极性的方法，对于正确使用二极管很有必要。

  普通晶体二极管在电路图中的符号表示见图6。三角形箭头象征着电流的方向，短直线象征半导体材料。我们大家都知道二极管具有单向导电性，在电路中，电流只能从正极流进二极管，从负极流出二极管。二极管符号旁边的“+”、“-”极性是为便于说明问题加上去的，实际画电路图时一般都不加注。

  在看电路图时，初学者往往对二极管的符号哪边是正极、哪边是负极弄不清楚，这时不妨采用类比法进行区分：可把二极管的符号看成是一个漏斗(口大下边小)，水只能从漏斗大口入、从小口出，水流即电流，电流是由二极管的正极入、负极出的，这样就能很自然地记住符号的三角形一边是二极管的正极了。

  借助普通万用表的电阻挡，可以粗略地判断晶体二极管的好坏，如图7所示。把万用表拨到“R×100”或“R×1k”挡，将黑表笔接被测二极管的正极、红表笔接被测二极管的负极，由于万用表内的电池正极通黑表笔、负极通红表笔，所以这时万用表指示出的读数是二极管的正向电阻。这个电阻读数较小，一般锗二极管为500~2000Ω，而硅二极管是3kΩ左右。根据电阻读数的不同，我们还可以区分出锗二极管和硅二极管。然后，把两支表笔对调一下，再测量二极管的反向电阻。读数应明显变大，锗管应大于几百千欧，而硅管则接近无穷大，指针一般看不出偏转。这一测量结果说明二极管是好的。如果测得的二极管反向电阻很小，说明二极管已经失去了单向导电作用。如果正向和反向电阻都很大，则说明二极管内部已经断路。

  上述检测的新方法还能用来辨认二极管的正、负极。检测结果为小电阻(正向电阻)时，与万用表黑表笔相连的是二极管的正极，与红表笔连接的就是二极管的负极。

  普通DT830B型等数字万用表设有专门测量晶体二极管的挡位，可进行正向压降测量和管子好坏的判断，其具体方法如图7所示：首先，将万用表的挡位选择开关旋至测量二极管的“”挡位置，把红表笔插头插入“VΩmA”插孔，黑表笔插头插入“COM”插孔。然后，将红表笔(注意：极性为正“+”)接待测晶体二极管的正极，黑表笔接晶体二极管的负极，此时液晶屏直接显示出所测晶体二极管的正向压降近似值。反过来测量，显示“1”，说明二极管是好的。如果正、反测量都显示“1”，说明晶体二极管内部已经开路。