3.5　晶體二極管

3.5.1　概述

晶體二極管（簡(jiǎn)稱二極管）是晶體管的主要種類之一，應(yīng)用十分廣泛。它是采用半導(dǎo)體晶體材料（如硅、鍺、砷化鎵等）制成的。常見(jiàn)的二極管如圖3.15所示。

圖3.15　常見(jiàn)的二極管

晶體二極管是由一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線和密封殼做成的半導(dǎo)體器件。它的主要特性是單向?qū)щ姟?/p>

通常，晶體二極管按結(jié)構(gòu)材料分鍺二極管、硅二極管和砷化鎵二極管等；按制作工藝分點(diǎn)接觸型二極管和面接觸型二極管；按功能用途分整流二極管、檢波二極管、開(kāi)關(guān)二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、雙色二極管、發(fā)光二極管、光敏二極管、壓敏二極管和磁敏二極管等。

圖3.16　是常見(jiàn)二極管的符號(hào)。

3.5.2　晶體二極管的主要參數(shù)

一般常用的檢波整流二極管有以下四個(gè)參數(shù)：

1.最大整流電流I_DM

最大整流電流是指半波整流連續(xù)工作的情況下，為使PN結(jié)的溫度不超過(guò)額定值（鍺管約為80℃，硅管約為150℃），二極管中能允許通過(guò)的最大直流電流。因?yàn)殡娏髁鬟^(guò)二極管時(shí)就要發(fā)熱，電流過(guò)大二極管就會(huì)過(guò)熱而燒毀，所以應(yīng)用二極管時(shí)要特別注意其最大電流不超過(guò)I_DM值。

2.最大反向電壓URM

最大反向電壓是指不致引起二極管擊穿的反向電壓。工作電壓的峰值不能超過(guò)URM，否則反向電流增長(zhǎng)，整流特性變壞，甚至燒毀二極管。二極管的反向工作電壓一般為擊穿電壓的1/2，而有些小容量二極管，其最高反向工作電壓則定為反向擊穿電壓的2/3。晶體管的損壞，一般說(shuō)來(lái)對(duì)電壓比電流更為敏銳，也就是說(shuō)，過(guò)電壓更容易引起管子的損壞，故應(yīng)用中一定要保證不超過(guò)最大反向工作電壓。

3.最大反向電流I_RM

在給定（規(guī)定）的反向偏壓下，通過(guò)二極管的直流電流稱為反向電流I_S。理想情況下二極管是單向?qū)щ姷?，但?shí)際上反向電壓下總有一點(diǎn)微弱的電流。這一電流在反向擊穿之前大致不變，故又稱反向飽和電流。實(shí)際的二極管的反向電流往往隨反向電壓的增大而緩慢增大。在最大反向電壓URM時(shí)，二極管中的反向電流就是最大反向電流I_RM。通常在室溫下I_S硅管為1A或更小，鍺管為幾十微安至幾百微安。反向電流的大小，反映了二極管單向?qū)щ娦阅艿暮脡?，反向電流的?shù)值越小越好。

4.最高工作頻率FM

二極管按照材料、制造工藝和結(jié)構(gòu)，其使用頻率也不相同，有的可以工作在高頻電路中，如2AP系列、2AK系列等。有的只能在低頻電路中使用，如2CP系列、2CZ系列等。二極管保持原來(lái)良好工作特性的最高頻率，稱為最高工作頻率。

3.5.3　晶體二極管的檢測(cè)

根據(jù)PN結(jié)的單向?qū)щ娦栽恚詈?jiǎn)單的方法是用萬(wàn)用表測(cè)其正、反向電阻。對(duì)于小功率鍺管，用MF47型萬(wàn)用表R×1k擋測(cè)其正向電阻一般為100Ω到3kΩ之間，硅管一般在3kΩ以上。反向電阻一般都在幾百千歐以上，且硅管比鍺管大。由于二極管的伏安特性的非線性，測(cè)量時(shí)用不同的歐姆擋或靈敏度不同的萬(wàn)用表所得的數(shù)據(jù)不同。所以，測(cè)量時(shí)，對(duì)于小功率二極管一般選用R×100或R×1k擋，中、大功率二極管一般選用R×1擋或R×10Ω擋。如果測(cè)得正向電阻為無(wú)窮大，說(shuō)明二極管內(nèi)部開(kāi)路；如果反向電阻值近似為零，說(shuō)明管子內(nèi)部短路；如果測(cè)得正反向電阻相差不多，說(shuō)明管子性能差或失效。

若用數(shù)字萬(wàn)用表的二極管擋測(cè)試二極管：將數(shù)字萬(wàn)用表置在二極管擋，然后將二極管的負(fù)極與數(shù)字萬(wàn)用表的黑表筆相接，正極與紅表筆相接，此時(shí)顯示屏上顯示的是二極管正向電壓降。不同材料的二極管，其正向電壓降不同：硅材料二極管為0.5V～0.7V，鍺材料二極管為0.1V～0.3V。若顯示的值過(guò)小，接近于“0”，說(shuō)明管子以短路；若顯示“OL”或“1”過(guò)載，說(shuō)明二極管內(nèi)部開(kāi)路或處于反向狀態(tài)，此時(shí)可對(duì)調(diào)表筆再測(cè)。

二極管的管腳有正負(fù)之分。在電路符號(hào)中，三角底邊一側(cè)為正，短杠一側(cè)為負(fù)極。實(shí)物中，有的將器件符號(hào)印在二極管的實(shí)體上；有的在二極管負(fù)極一端印上一道色環(huán)作為負(fù)極標(biāo)號(hào)；有的二極管兩端形狀不同，平頭一端為正極，圓頭一端為負(fù)極。二極管如用萬(wàn)用表進(jìn)行管腳識(shí)別和檢測(cè)，將萬(wàn)用表置于R×1k擋，兩表筆分別接到二極管的兩端，如果測(cè)得的電阻值較小，則為二極管的正向電阻，這時(shí)與黑表筆（即表內(nèi)電池正極）相連接的是二極管正極，與紅表筆相連接的是二極管的負(fù)極。若用數(shù)字萬(wàn)用表識(shí)別：測(cè)得正向管壓降值小的那一次，紅表筆（即表內(nèi)電池正極）相連接的是二極管正極，與黑表筆相連接的是二極管的負(fù)極。

3.5.4　穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管是一種齊納二極管，當(dāng)穩(wěn)壓二極管反向擊穿時(shí)，其二端電壓固定在某一數(shù)值，而基本上不隨流過(guò)二極管的電流大小變化。穩(wěn)壓二極管的正向特性與普通二極管相似。反向電壓小于擊穿電壓時(shí)，反向電流很小，反向電壓臨近擊穿電壓時(shí)反向電流急劇增大，發(fā)生電擊穿。這時(shí)電流在很大范圍內(nèi)改變時(shí)，管子兩端電壓基本保持不變，起到穩(wěn)定電壓的作用。穩(wěn)壓二極管的器件符號(hào)如圖3.16（b）所示。必須注意的是，穩(wěn)壓二極管在電路上應(yīng)用時(shí)一定要串聯(lián)限流電阻，不能讓二極管擊穿后電流無(wú)限增長(zhǎng)，否則將立即被燒毀。穩(wěn)壓二極管的最大工作電流是受穩(wěn)壓管最大耗散功率所限制。最大耗散功率指電流增長(zhǎng)到最大工作電流時(shí)，管子散發(fā)出的熱量使管子損壞的功率。所以最大工作電流就是穩(wěn)壓管工作時(shí)允許通過(guò)的最大電流。

用萬(wàn)用表檢測(cè)穩(wěn)壓二極管時(shí)，一般使用萬(wàn)用表的低電阻擋（×1kΩ以下表內(nèi)電池為1.5V），表內(nèi)提供的電壓不足以使穩(wěn)壓二極管擊穿，因而使用低電阻擋測(cè)量穩(wěn)壓二極管正反向電阻時(shí)，其阻值應(yīng)和普通二極管一樣。測(cè)量穩(wěn)壓值，必須使管子進(jìn)入反向擊穿狀態(tài)，所以電源電壓要大于被測(cè)管的穩(wěn)壓電壓。使用穩(wěn)壓管時(shí)要注意穩(wěn)壓管上標(biāo)注的正、負(fù)極。正極應(yīng)接電源負(fù)極，穩(wěn)壓管的負(fù)極應(yīng)接電源的正極，因?yàn)榉€(wěn)壓管是工作在反向電壓狀態(tài)的。

3.5.5　發(fā)光二極管（LED）

發(fā)光二極管是采用磷化鎵（GaP）或磷砷化鎵（GaAsP）等半導(dǎo)體材料制成的，以直接將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌l(fā)光器件。發(fā)光二極管與普通二極管一樣也由PN結(jié)構(gòu)成，也具有單向?qū)щ娦?，但發(fā)光管不是用它的單向?qū)щ娦裕亲屗l(fā)光作指示（顯示）器件。發(fā)光二極管可按制造材料、發(fā)光色別、封裝形式和外形分成許多種類?，F(xiàn)在比較常用的是圓形、方形及矩形有色透明型和散射型發(fā)光管，發(fā)光顏色以紅、綠、黃、橙等單色型為主，也有一些能發(fā)出三種色光的發(fā)光管，這其實(shí)是將兩種不同顏色的發(fā)光管封裝于同一殼體內(nèi)而制成的。發(fā)光二極管應(yīng)用極為廣泛，其中最常見(jiàn)的是在各種電子和電器裝置中取代白熾燈等光源而作為指示燈。

檢測(cè)發(fā)光二極管的正、負(fù)極及性能如何，前述檢測(cè)普通二極管好壞的方法，原則上也適用。對(duì)非低壓型發(fā)光二極管，由于其正向?qū)妷捍笥?.8V，而指針式萬(wàn)用表大多用1.5 V電池（R×10k擋除外），所以無(wú)法使管子導(dǎo)通，測(cè)量其正反向電阻均很大，難以判斷管子的好壞。一般可以使用以下幾種方法判斷發(fā)光二極管的正負(fù)極和性能好壞。

（1）一般發(fā)光二極管的兩管腳中，較長(zhǎng)的是正極，較短的是負(fù)極。對(duì)于透明或半透明塑封的發(fā)光二極管，可以用肉眼觀察到它的內(nèi)部電極的形狀，正極的內(nèi)電極較小，負(fù)極的內(nèi)電極較大。

（2）用指針式萬(wàn)用表檢測(cè)發(fā)光二極管時(shí)，必須使用R×10k擋。因?yàn)榘l(fā)光二極管的管壓降為1.8V～2.5V左右，而指針式萬(wàn)用表的其他擋位的表內(nèi)電池僅為1.5V，低于管壓降，無(wú)論正向、反向接入，發(fā)光二極管都不可能導(dǎo)通，也就無(wú)法檢測(cè)。R×10k擋表內(nèi)接9V或15V高壓電池，高于管壓降，所以可以用來(lái)檢測(cè)發(fā)光二極管。此時(shí)判斷發(fā)光二極管好壞與正負(fù)極的方法與使用萬(wàn)用表檢測(cè)普通二極管相同。檢測(cè)時(shí)，萬(wàn)用表黑表筆接LED的正極，紅表筆接LED的負(fù)極，測(cè)其正向電阻。這時(shí)表針應(yīng)偏轉(zhuǎn)過(guò)半，同時(shí)LED中有一微弱的發(fā)光亮點(diǎn)。反方向時(shí)，LED無(wú)發(fā)光亮點(diǎn)。

（3）用數(shù)字式萬(wàn)用表檢測(cè)發(fā)光二極管時(shí)，必須使用二極管檢測(cè)擋。檢測(cè)時(shí)，數(shù)字萬(wàn)用表的紅表筆接LED的正極，黑表筆接LED的負(fù)極，這時(shí)顯示的值是發(fā)光二極管的正向管壓降，同時(shí)LED中有一微弱的發(fā)光亮點(diǎn)。反方向檢測(cè)時(shí)，顯示為“1”過(guò)載，LED無(wú)發(fā)光亮點(diǎn)。

（4）萬(wàn)用表外接一節(jié)1.5V電池測(cè)量法（略）