二極管

  一、二極管的種類

二極管有多種類型：按材料分，有鍺二極管、硅二極管、砷化鎵二極管等；按制作工藝可分為面接觸二極管和點接觸二極管；按用途不同又可分為整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、光電二極管、發(fā)光二極管、開關(guān)二極管、快速恢復(fù)二極管等；接構(gòu)類型來分，又可分為半導(dǎo)體結(jié)型二極管，金屬半導(dǎo)體接觸二極管等；按照封裝形式則可分為常規(guī)封裝二極管、特殊封裝二極管等。下面以用途為例，介紹不同種類二極管的特性。

1．整流二極管

整流二極管的作用是將交流電源整流成脈動直流電，它是利用二極管的單向?qū)щ娞匦怨ぷ鞯摹?/span>

因為整流二極管正向工作電流較大，工藝上多采用面接觸結(jié)構(gòu)。南于這種結(jié)構(gòu)的二極管結(jié)電容較大，  因此整流二極管工作頻率一般小于3kHz。

整流二極管主要有全密封金屬結(jié)構(gòu)封裝和塑料封裝兩種封裝形式。通常情況下額定正向T作電流LF在l A以上的整流二極管采用金屬殼封裝，以利于散熱；額定正向工作電流在lA以下的采用全塑料封裝。另外，由于T藝技術(shù)的不斷提高，也有不少較大功率的整流二極管采用塑料封裝，在使用中應(yīng)予以區(qū)別。

由于整流電路通常為橋式整流電路(如圖1所示)，故一些生產(chǎn)廠家將4個整流二極管封

裝在一起，這種冗件通常稱為整流橋或者整流全橋(簡稱全橋)。常見整流二極管的外形如圖2所示。

選用整流二極管時，主要應(yīng)考慮其最大整流電流、最大反向丁作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時間等參數(shù)。

普通串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路中使用的整流二極管，對截止頻率的反向恢復(fù)時間要求不高，只要根據(jù)電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管(例如l N系列、2CZ系列、RLR系列等)即可。

開關(guān)穩(wěn)壓電源的整流電路及脈沖整流電路中使用的整流二極管，應(yīng)選用工作頻率較高、

反向恢復(fù)時間較短的整流二極管或快恢復(fù)二極管。

    2．檢波二極管

檢波二極管是把疊加在高頻載波中的低頻信號檢出來的器件，它具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。

檢波二極管要求正向壓降小，檢波效率高，結(jié)電容小，頻率特性好，其外形一般采用EA玻璃封裝結(jié)構(gòu)。一般檢波二極管采用鍺材料點接觸型結(jié)構(gòu)。

選用檢波二極管時，應(yīng)根據(jù)電路的具體要求來選擇工作頻率高、反向電流小、正向電流足夠大的檢波二極管。

3．開關(guān)二極管

由于半導(dǎo)體二極管存正向偏樂下導(dǎo)通電阻很小。而在施加反向偏壓截止時。截止電阻很大，存開關(guān)電路中利用半導(dǎo)體二極管的這種單向?qū)щ娞匦跃涂梢詫﹄娏髌鸾油ê完P(guān)斷的作用，故把用于這一目的的半導(dǎo)體二極管稱為開關(guān)二極管。

開關(guān)二極管主要應(yīng)用于收錄機、電視機、影碟機等家用電器及電子設(shè)備有開關(guān)電路、檢波電路、高頻脈沖整流電路等。

中速開關(guān)電路和檢波電路可以選用2AK系列普通開關(guān)二極管。高速開關(guān)電路可以選用RLS系列、1sS系列、1N系列、2CK系列的高速開關(guān)二極管。要根據(jù)應(yīng)用電路的主要參數(shù)(例如正向電流、最高反向電壓、反向恢復(fù)時問等)來選擇開關(guān)二極管的具體型號。

4．穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管義名齊納二極管。穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)反向擊穿時電壓基本上不隨電流變化而變化的特點來達到穩(wěn)壓的目的，因為它能在電路中起穩(wěn)壓作用，故稱為穩(wěn)壓二極管(簡稱穩(wěn)壓管) 。穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分擋的，其穩(wěn)壓值就是擊穿電壓值。穩(wěn)壓二極管主要作為穩(wěn)壓器或電壓基準元件使用，穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來得到較高的穩(wěn)壓值。

選用的穩(wěn)壓二極管應(yīng)滿足應(yīng)朋電路中主要參數(shù)的要求。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值應(yīng)與應(yīng)用電路的基準電壓值相同，穩(wěn)壓二極管的最大穩(wěn)定電流應(yīng)高于應(yīng)用電路的最大負載電流50％左右。

5?？焖倩謴?fù)二極管(FR D)

快速恢復(fù)二極管(Fast Recovery Diode)是一種新型的半導(dǎo)體二極管。這種二極管的開關(guān)特性好，反相恢復(fù)時間短，通常用于高頻開關(guān)電源中作為整流二極管。

快速恢復(fù)二極管的特點就是它的恢復(fù)時間很短，這一特點使其適合高頻(如電視機中的行頻)整流?？焖倩謴?fù)二極管有一個決定其性能的重要參數(shù)——反向恢復(fù)時間。反向恢復(fù)時間的定義是，二極管從正向?qū)顟B(tài)急劇轉(zhuǎn)換到截止狀態(tài)，從輸出脈沖下降到零線開始。到反向電源恢復(fù)到最大反向電流的10％所需要的時間，用符號表示。

超快速恢復(fù)二極管(SRD)是在快速恢復(fù)二極管的基礎(chǔ)上研制的，它們的主要區(qū)別就是反向恢復(fù)時間更小。普通快速恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間為幾百納秒，超快速恢復(fù)二極管(SRD)的反向恢復(fù)時間一般為幾十納秒。數(shù)值越小的快速恢復(fù)二極管的工作頻率越高。

當工作頻率在幾十至幾百k H z時，普通整流二極管正反向電壓變化的時間慢于恢復(fù)時間，普通整流二極管就不能正常實現(xiàn)單向?qū)ǘM行整流工作了．此時就要用快速恢復(fù)整流二極管才能勝任，因此，彩電等家用電器采用開關(guān)電源供電的整流二極管通常為快速恢復(fù)二極管，而不能用普通整流二極管代替，否則，用電器可能會不能正常工作。

常見快速恢復(fù)二極管的外形如圖3所示。

6。肖特基二極管(sBD)

肖特基二極管是肖特基勢壘二極管(Sehottky Barrier Diode，簡稱SBD)的簡稱。足近年來生產(chǎn)的低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體器件。其反向恢復(fù)時問極短(可以小到幾納秒)，正向?qū)▔航祪H0.4 V左右，而整流電流卻可達到幾千安培，這些優(yōu)良特性是快恢復(fù)二極管所無法比擬的。

肖特基二極管是用貴重金屬(金、銀、鋁、鉑等)為正極，以N型半導(dǎo)體為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬一半導(dǎo)體器件。

肖特基二極管通常用在高頻、大電流、低電壓整流電路中。常見的肖特基二極管外形如圖4所示。

7．瞬態(tài)電壓抑制二極管

瞬態(tài)電壓抑制二極管簡稱T V P管(transient—voltage—suppressor)。它是在穩(wěn)壓管的工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體器件，主要應(yīng)用于對電壓的快速過壓保護電路中。可廣泛用于計算機、電子儀表、通信設(shè)備、家用電器以及野外作業(yè)的機載／船用及汽車用電子設(shè)備，并可以作為人為操作引起的過電壓沖擊或霄電對設(shè)備的電擊等保護元件。

瞬態(tài)電壓抑制二極管按照其峰值脈沖功率可以分為四類：50()w、1000W、1500W、5000w。每類按照其標稱電壓分為若干種。

瞬態(tài)電壓抑制二極管在兩端電壓高于額定值時，會瞬間導(dǎo)通，兩端電阻將以極高的速度從高阻改變?yōu)榈妥?，從而吸收一個極大的電流，將管子兩端的電壓鉗位在一個預(yù)定的數(shù)值上。瞬態(tài)電壓抑制二極管的外形如圖5所示。

   8．發(fā)光二極管

   發(fā)光二極管的英文簡稱是LED，它是采用磷化鎵、磷砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成的、可以將電能直接轉(zhuǎn)換為光能的器件。發(fā)光二極管除了具有普通二極管的單向?qū)щ娞匦灾?，還可以將電能轉(zhuǎn)換為光能。給發(fā)光二極管外加正向電壓時，它也處于導(dǎo)通狀態(tài)，當正向電流流過管芯時，發(fā)光二極管就會發(fā)光，將電能轉(zhuǎn)換成光能。

發(fā)光二極管的發(fā)光顏色主要由制作管子的材料以及摻人雜質(zhì)的種類決定。目前常見的發(fā)光二極管發(fā)光顏色主要有藍色、綠色、黃色、紅色、橙色、白色等。其中白色發(fā)光二極管是新型產(chǎn)品，主要應(yīng)用在手機背光燈、液晶顯示器背光燈、照明等領(lǐng)域。

發(fā)光二極管的工作電流通常為2～25mA。工作電壓(即正向壓降)隨著材料的不同而不同：普通綠色、黃色、紅色、橙色發(fā)光二極管的工作電壓約2v；白色發(fā)光二極管的工作電壓通常高于2．4V；藍色發(fā)光二極管的工作電壓通常高于3．3V。發(fā)光二極管的工作電流不能超過額定值太高，否則，有燒毀的危險。故通常在發(fā)光二極管回路中串聯(lián)一個電阻R作為限流電阻。

紅外發(fā)光二極管是一種特殊的發(fā)光二極管，其外形和發(fā)光二極管相似，只是它發(fā)出的是紅外光，在正常情況下人眼是看不見的。其工作電壓約1．4v，工作電流一般小于20mA。    有些公司將兩個不同顏色的發(fā)光二極管封裝在一起，使之成為雙色二極管(又名變色發(fā)光二極管)。這種發(fā)光二極管通常有三個引腳，其中一個是公共端。它可以發(fā)出三種顏色的光(其中一種是兩種顏色的混和色)，故通常作為不同工作狀態(tài)的指示器件。

 常見發(fā)光二極管的外形如圖6所示。

 9．雪崩二極管（Avalanche Diode）

雪崩二極管是在穩(wěn)壓管工藝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種微波功率器件，它在外加電壓的作用下可以產(chǎn)生高頻振蕩。

雪崩二極管利用雪崩擊穿對晶體注入載流子，因載流子渡越半導(dǎo)體晶片需要一定的時間，所以其電流滯后于電壓，出現(xiàn)延遲時間，若適當?shù)乜刂贫稍綍r間，那么，在電流和電壓關(guān)系上就會出現(xiàn)負阻效應(yīng)，從而產(chǎn)生高頻振蕩。它常被應(yīng)用微波通信、雷達、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、遙控、遙測、儀器儀表等設(shè)備中。

10．雙向觸發(fā)二極管

雙向觸發(fā)二極管也稱二端交流器件(DIAC)。它是一種硅雙向電壓觸發(fā)開關(guān)器件，當雙向觸發(fā)二極管兩端施加的電壓超過其擊穿電壓時，兩端即導(dǎo)通，導(dǎo)通將持續(xù)到電流中斷或降到器件的最小保持電流才會再次關(guān)斷。雙向觸發(fā)二極管通常應(yīng)用在過壓保護電路、移相電路、晶閘管觸發(fā)電路、定時電路中。雙向觸發(fā)二極管在常用的調(diào)光燈中的應(yīng)用電路如圖7所示。

11．變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管(英文名稱variable—Cacitance Diode，縮寫為VCD)是利用反向偏壓來改變PN結(jié)電容量的特殊半導(dǎo)體器件。變?nèi)荻O管相當于一個容量可變的電容器，它的兩個電極之間的PN結(jié)電容大小，隨加到變?nèi)荻O管兩端反向電壓大小的改變而變化。當加到變?nèi)荻O管兩端的反向電壓增大時，變?nèi)荻O管的容量減小。由于變?nèi)荻O管具有這一特性，所以它主要用于電調(diào)諧回路(如彩色電視機的高頻頭)中，作為一個可以通過電壓控制的自動微調(diào)電容器。

選用變?nèi)荻O管時，應(yīng)著重考慮其工作頻率、最高反向工作電壓、最大正向電流和零偏壓結(jié)電容等參數(shù)是否符合應(yīng)用電路的要求，應(yīng)選用結(jié)電容變化大、高Q值、反向漏電流小的變?nèi)荻O管。

  二、二極管的識別與檢測 

 1．二極管的識別

晶體二極管在電路中常用VD加數(shù)字表示，如：VD5表示編號為5的二極管。在國家標準電路中，常用二極管的符號如圖8所示。

二極管的識別很簡單：小功率二極管的負極通常在表面用一個色環(huán)標出；有些二極管也采用“P”、“N”符號來確定二極管極性，“P”表示正極，“N”表示負極；金屬封裝二極管通常在表面印有與極性一致的二極管符號；發(fā)光二極管則通常用引腳長短來識別正負極，長腳為正，短腳為負。

整流橋的表面通常標注內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)或者交流輸入端以及直流輸出端的名稱，交流輸入端通常用“AC”或者“～”表示；直流輸出端通常以“+”、“~”符號表示。

貼片二極管由于外形多種多樣，其極性也有多種標注方法：在有引線的貼片二極管中，管體有白色色環(huán)的一端為負極；在有引線而無色環(huán)的貼片二極管中，引線較長的一端為正極；在無引線的貼片二極管中，表面有色帶或者有缺口的一端為負極。

2．二極管的檢測

在用指針式萬用表檢測二極管時，數(shù)值較小的一次黑表筆所接的一端為正極，紅表筆所接的一端則為負極。正反向電阻均為無窮大，則表明二極管已經(jīng)開路損壞；若正反向電阻均為0，則表明二極管已經(jīng)短路損壞。正常情況下，鍺二極管的正向電阻約1．6kΩ。

用數(shù)字式萬用表去測二極管時，紅表筆接二極管的正極，黑表筆接二極管的負極，此時測得的阻值才是二極管的正向?qū)ㄗ柚担@與指針式萬用表的表筆接法剛好相反。

若用數(shù)字萬用表的二極管擋檢測二極管則更加方便：將數(shù)字萬用表置在二極管擋，然后將二極管的負極與數(shù)字萬用表的黑表筆相接，正極與紅表筆相接，此時顯示屏上即可顯示

二極管正向壓降值(如圖9所示)。不同材料的二極管，其正向壓降值不同：硅二極管為0．55～0．7V，鍺二極管為0．15～0.3V。若顯示屏顯示“0000”，說明管子已短路；若顯示“0L” (如圖10所示)或者“過載”，說明二極管內(nèi)部開路或處于反向狀態(tài)，此時可對調(diào)表筆再測。

 三、二極管的主要參數(shù)

不同類型的二極管有不同的特性參數(shù)。對初學(xué)者而言，必須了解以下幾個主要參數(shù)：

1．額定正向工作電流

額定正向工作電流是指二極管長期連續(xù)T作時允許通過的最大正向電流值。因為電流通過管子時會使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度(硅管為1 40℃左右，鍺管為90℃左右)時，就會使管芯過熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過二極管額定正向工作電流值。例如，常用的lN400l型鍺二極管的額定正向工作電流為l A。

2．最大浪涌電流

最大浪涌電流是允許流過的過量的正向電流。它不是正常電流，而是瞬間電流，這個值通常為額定正向工作電流的20倍左右。

3．最高反向工作電壓

加在二極管兩端的反向電樂高到一定值時，管子將會擊穿，失去單向?qū)щ娔芰?。為了保證使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，lN400l二極管反向耐壓為50V，lN4007的反向耐壓為l000v。

4．反向電流

反向電流( )是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高1 0℃，反向電流增大一倍。例如2APl型鍺二極管，在25℃時，反向電流為250μA，溫度升高到35℃，反向電流將上升到500μA，在75℃時，它的反向電流已達8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會使管子過熱而損壞。硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。

5．反向恢復(fù)時間

 從正向電壓變成反向電壓時，理想情況是電流能瞬時截止，實際上，一般要延遲一點點時間。決定電流截止延時的量，就是反向恢復(fù)時間。雖然它直接影響二極管的開關(guān)速度，但不一定說這個值小就好。

6．最大功率

最大功率就是加在二極管兩端的電壓乘以流過的電流。這個極限參數(shù)對穩(wěn)壓二極管等顯得特別重要。