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晶体二极管

(2011-08-12 19:30:37)
标签:

电流

pn结

变容二极管

点接触

电压

杂谈

分类: 二极管,可控硅,LED
晶体二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的 p-n 结,在其界面处两侧形成空间电荷层,并建有自建电场。当不存在外加电压时,由于 p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流:

    当外界有反向电压偏置时,外界电场和自建电场进一步加强,形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流 I0 。 当外加的反向电压高到一定程度时, p-n 结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程,产生大量电子空穴对,产生了数值很大的反向击穿电流,称为二极管的击穿现象。

二极管的主要参数

    描述二极管特性的物理量称为二极管的参数,它是反映二极管电性能的质量指标,是合理选择和使用二极管的主要依据。在半导体器件手册或生产厂家的产品目录中,对各种型号的二极管均用表格列出其参数。二极管的主要参数有以下几种:
1.最大平均整流电流IF(AV)
    IF(AV)是指二极管长期工作时,允许通过的最大正向平均电流。它与PN结的面积、材料及散热条件有关。实际应用时,工作电流应小于IF(AV),否则,可能导致结温过高而烧毁PN结。
2.最高反向工作电压VRM
    VRM是指二极管反向运用时,所允许加的最大反向电压。实际应用时,当反向电压增加到击穿电压VBR 时,二极管可能被击穿损坏,因而,VRM通常取为(1/2 ~ 2/3)VBR 。
3.反向电流IR
    IR是指二极管未被反向击穿时的反向电流。理论上IR = IR(sat),但考虑表面漏电等因素,实际上IR稍大一些。IR愈小,表明二极管的单向导电性能愈好。另外,IR与温度密切相关,使用时应注意。
4.最高工作频率fM
    fM是指二极管正常工作时,允许通过交流信号的最高频率。实际应用时,不要超过此值,否则二极管的单向导电性将显著退化。fM的大小主要由二极管的电容效应来决定。

5.二极管的电阻
    就二极管在电路中电流与电压的关系而言,可以把它看成一个等效电阻,且有直流电阻与交流电阻之别。
   (1)直流等效电阻RD
    直流电阻定义为加在二极管两端的直流电压UD与流过二极管的直流电流ID之比,即:

 

    RD的大小与二极管的工作点有关。通常用万用表测出来的二极管电阻即直流电阻。不过应注意的是,使用不同的欧姆档测出来的直流等效电阻不同。其原因是二极管工作点的位置不同。一般二极管的正向直流电阻在几十欧姆到几千欧姆之间,反向直流电阻在几十千欧姆到几百千欧姆之间。正反向直流电阻差距越大,二极管的单向导电性能越好。
   (2)交流等效电阻rd:

 

    rd亦随工作点而变化,是非线性电阻。通常,二极管的交流正向电阻在几~儿十欧姆之间。需要指出的是,由于制造工艺的限制,即使是同类型号的二极管,其参数的分散性很大。通常半导体手册上给出的参数都是在一定测试条件下测出的,使用时应注意条件。

 半导体二极管的型号命名

    半导体二极管的型号命名通常根据国家标准cs一249一74规定,由五部分组成。第一部分用数字表示器件电极的数目;第二部分用汉语拼音字母表示器件材料和极性;第三部分用汉语拼音字母表示器件的类型;第四部分用数字表示器件序号;第五部分用汉语拼音字母表示规格号。如表所示:


 

二极管的分类

  一、根据构造分类   

    半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。与PN结不可分割的点接触型和肖特基型,也被列入一般的二极管的范围内。包括这两种型号在内,根据PN结构造面的特点,把晶体二极管分类如下:
  1、点接触型二极管

 

点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后,再通过电流法而形成的。因此,其PN结的静电容量小,适用于高频电路。但是,与面结型相比较,点接触型二极管正向特性和反向特性都差,因此,不能使用于大电流和整流。因为构造简单,所以价格便宜。对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言,它是应用范围较广的类型。
  2、键型二极管
  键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。其特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间。与点接触型相比较,虽然键型二极管的PN结电容量稍有增加,但正向特性特别优良。多作开关用,有时也被应用于检波和电源整流(不大于50mA)。在键型二极管中,熔接金丝的二极管有时被称金键型,熔接银丝的二极管有时被称为银键型。
  3、合金型二极管
  在N型锗或硅的单晶片上,通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。正向电压降小,适于大电流整流。因其PN结反向时静电容量大,所以不适于高频检波和高频整流。
  4、扩散型二极管
  在高温的P型杂质气体中,加热N型锗或硅的单晶片,使单晶片表面的一部变成P型,以此法PN结。因PN结正向电压降小,适用于大电流整流。最近,使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。
  5、台面型二极管
  PN结的制作方法虽然与扩散型相同,但是,只保留PN结及其必要的部分,把不必要的部分用药品腐蚀掉。其剩余的部分便呈现出台面形,因而得名。初期生产的台面型,是对半导体材料使用扩散法而制成的。因此,又把这种台面型称为扩散台面型。对于这一类型来说,似乎大电流整流用的产品型号很少,而小电流开关用的产品型号却很多。
  6、平面型二极管
  在半导体单晶片(主要地是N型硅单晶片)上,扩散P型杂质,利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用,在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。因此,不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。由于半导体表面被制作得平整,故而得名。并且,PN结合的表面,因被氧化膜覆盖,所以公认为是稳定性好和寿命长的类型。最初,对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的,故又把平面型称为外延平面型。对平面型二极管而言,似乎使用于大电流整流用的型号很少,而作小电流开关用的型号则很多。
  7、合金扩散型二极管
  它是合金型的一种。合金材料是容易被扩散的材料。把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质,就能与合金一起过扩散,以便在已经形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布。此法适用于制造高灵敏度的变容二极管。
  8、外延型二极管
  用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管。制造时需要非常高超的技术。因能随意地控制杂质的不同浓度的分布,故适宜于制造高灵敏度的变容二极管。
  9、肖特基二极管
  基本原理是:在金属(例如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是:开关速度非常快:反向恢复时间trr特别地短。因此,能制作开关二极和低压大电流整流二极管。
 

  二、根据用途分类
  1、检波用二极管
  就原理而言,从输入信号中取出调制信号是检波,以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。锗材料点接触型、工作频率可达400MHz,正向压降小,结电容小,检波效率高,频率特性好,为2AP型。类似点触型那样检波用的二极管,除用于检波外,还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。
 2、整流用二极管
  就原理而言,从输入交流中得到输出的直流是整流。以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流大于100mA的叫整流。面结型,工作频率小于KHz,最高反向电压从25伏至3000伏分A~X共22档。分类如下:①硅半导体整流二极管2CZ型、②硅桥式整流器QL型、③用于电视机高压硅堆工作频率近100KHz的2CLG型。
  3、限幅用二极管
  大多数二极管能作为限幅使用。也有象保护仪表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用,通常使用硅材料制造的二极管。也有这样的组件出售:依据限制电压需要,把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。
  4、调制用二极管
  通常指的是环形调制专用的二极管。就是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。即使其它变容二极管也有调制用途,但它们通常是直接作为调频用。
  5、混频用二极管
  使用二极管混频方式时,在500~10,000Hz的频率范围内,多采用肖特基型和点接触型二极管。
  6、放大用二极管
  用二极管放大,大致有依靠隧道二极管和体效应二极管那样的负阻性器件的放大,以及用变容二极管的参量放大。因此,放大用二极管通常是指隧道二极管、体效应二极管和变容二极管。
  7、开关用二极管
  有在小电流下(10mA程度)使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励用开关二极管。小电流的开关二极管通常有点接触型和键型等二极管,也有在高温下还可能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。开关二极管的特长是开关速度快。而肖特基型二极管的开关时间特短,因而是理想的开关二极管。2AK型点接触为中速开关电路用;2CK型平面接触为高速开关电路用;用于开关、限幅、钳位或检波等电路;肖特基(SBD)硅大电流开关,正向压降小,速度快、效率高。
  8、变容二极管
  用于自动频率控制(AFC)和调谐用的小功率二极管称变容二极管。日本厂商方面也有其它许多叫法。通过施加反向电压,使其PN结的静电容量发生变化。因此,被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常,虽然是采用硅的扩散型二极管,但是也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管,因为这些二极管对于电压而言,其静电容量的变化率特别大。结电容随反向电压VR变化,取代可变电容,用作调谐回路、振荡电路、锁相环路,常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路,多以硅材料制作。

 

9、频率倍增用二极管
  对二极管的频率倍增作用而言,有依靠变容二极管的频率倍增和依靠阶跃(即急变)二极管的频率倍增。频率倍增用的变容二极管称为可变电抗器,可变电抗器虽然和自动频率控制用的变容二极管的工作原理相同,但电抗器的构造却能承受大功率。阶跃二极管又被称为阶跃恢复二极管,从导通切换到关闭时的反向恢复时间trr短,因此,其特长是急速地变成关闭的转移时间显著地短。如果对阶跃二极管施加正弦波,那么,因tt(转移时间)短,所以输出波形急骤地被夹断,故能产生很多高频谐波。
  10、稳压二极管
  是代替稳压电子二极管的产品。被制作成为硅的扩散型或合金型。是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管。作为控制电压和标准电压使用而制作的。二极管工作时的端电压(又称齐纳电压)从3V左右到150V,按每隔10%,能划分成许多等级。在功率方面,也有从200mW至100W以上的产品。工作在反向击穿状态,硅材料制作,动态电阻RZ很小,一般为2CW型;将两个互补二极管反向串接以减少温度系数则为2DW型。
  11、PIN型二极管(PIN Diode)
  这是在P区和N区之间夹一层本征半导体(或低浓度杂质的半导体)构造的晶体二极管。PIN中的I是“本征”意义的英文略语。当其工作频率超过100MHz时,由于少数载流子的存贮效应和“本征”层中的渡越时间效应,其二极管失去整流作用而变成阻抗元件,并且,其阻抗值随偏置电压而改变。在零偏置或直流反向偏置时,“本征”区的阻抗很高;在直流正向偏置时,由于载流子注入“本征”区,而使“本征”区呈现出低阻抗状态。因此,可以把PIN二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关(即微波开关)、移相、调制、限幅等电路中。
  12、 雪崩二极管 (Avalanche Diode)
  它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是栾的:利用雪崩击穿对晶体注入载流子,因载流子渡越晶片需要一定的时间,所以其电流滞后于电压,出现延迟时间,若适当地控制渡越时间,那么,在电流和电压关系上就会出现负阻效应,从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。
  13、江崎二极管 (Tunnel Diode)
  它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。其基底材料是砷化镓和锗。其P型区的N型区是高掺杂的(即高浓度杂质的)。隧道电流由这些简并态半导体的量子力学效应所产生。发生隧道效应具备如下三个条件:①费米能级位于导带和满带内;②空间电荷层宽度必须很窄(0.01微米以下);简并半导体P型区和N型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。江崎二极管为双端子有源器件。其主要参数有峰谷电流比(IP/PV),其中,下标“P”代表“峰”;而下标“V”代表“谷”。江崎二极管可以被应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中(其工作频率可达毫米波段),也可以被应用于高速开关电路中。
  14、快速关断(阶跃恢复)二极管 (Step Recovary Diode)
  它也是一种具有PN结的二极管。其结构上的特点是:在PN结边界处具有陡峭的杂质分布区,从而形成“自助电场”。由于PN结在正向偏压下,以少数载流子导电,并在PN结附近具有电荷存贮效应,使其反向电流需要经历一个“存贮时间”后才能降至最小值(反向饱和电流值)。阶跃恢复二极管的“自助电场”缩短了存贮时间,使反向电流快速截止,并产生丰富的谐波分量。利用这些谐波分量可设计出梳状频谱发生电路。快速关断(阶跃恢复)二极管用于脉冲和高次谐波电路中。
  15、肖特基二极管 (Schottky Barrier Diode)
  它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外,还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓,多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的,所以,其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微,所以其频率响仅为RC时间常数限制,因而,它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且,MIS(金属-绝缘体-半导体)肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。
  16、阻尼二极管
  具有较高的反向工作电压和峰值电流,正向压降小,高频高压整流二极管,用在电视机行扫描电路作阻尼和升压整流用。
  17、瞬变电压抑制二极管
  TVP管,对电路进行快速过压保护,分双极型和单极型两种,按峰值功率(500W-5000W)和电压(8.2V~200V)分类。
  18、双基极二极管(单结晶体管)
  两个基极,一个发射极的三端负阻器件,用于张驰振荡电路,定时电压读出电路中,它具有频率易调、温度稳定性好等优点。
  19、发光二极管
  用磷化镓、磷砷化镓材料制成,体积小,正向驱动发光。工作电压低,工作电流小,发光均匀、寿命长、可发红、黄、绿单色光。

  三、根据特性分类
  点接触型二极管,按正向和反向特性分类如下。
  1、一般用点接触型二极管
  这种二极管正如标题所说的那样,通常被使用于检波和整流电路中,是正向和反向特性既不特别好,也不特别坏的中间产品。如:SD34、SD46、1N34A等等属于这一类。
  2、高反向耐压点接触型二极管
  是最大峰值反向电压和最大直流反向电压很高的产品。使用于高压电路的检波和整流。这种型号的二极管一般正向特性不太好或一般。在点接触型锗二极管中,有SD38、1N38A、OA81等等。这种锗材料二极管,其耐压受到限制。要求更高时有硅合金和扩散型。
  3、高反向电阻点接触型二极管
  正向电压特性和一般用二极管相同。虽然其反方向耐压也是特别地高,但反向电流小,因此其特长是反向电阻高。使用于高输入电阻的电路和高阻负荷电阻的电路中,就锗材料高反向电阻型二极管而言,SD54、1N54A等等属于这类二极管。
  4、高传导点接触型二极管
  它与高反向电阻型相反。其反向特性尽管很差,但使正向电阻变得足够小。对高传导点接触型二极管而言,有SD56、1N56A等等。对高传导键型二极管而言,能够得到更优良的特性。这类二极管,在负荷电阻特别低的情况下,整流效率较高。
二极管的基本应用

  我们运用二极管主要是利用它的单向导电性。它导通时,我们可用短线来代替它,它截止时,我们可认为它断路。


    1.限幅电路
    当输入信号电压在一定范围内变化时,输出电压也随着输入电压相应的变化;当输入电压高于某一个数值时,输出电压保持不变,这就是限幅电路。我们把开始不变的电压称为限幅电平。它分为上限幅和下限幅。
    例1.试分析图(1)所示的限幅电路,输入电压的波形为图(2),画出它的限幅电路的波形

        晶体二极管


    (1) E=0时限幅电平为0v。ui>0时二极管导通,uo=0,ui<0时,二极管截止,uo=ui,它的波形图为:如图(3)所示

     晶体二极管

 

    (2) 当0<E<UM时,限幅电平为+E。ui<+E时,二极管截止,uo=ui;ui>+E时,二极管导通,uo=E,它的波形图为:如图(4)所示
    (3)当-UM<E<0时,限幅电平为负数,它的波形图为:如图(5)所示

     晶体二极管

 

    二、二极管门电路
    二极管组成的门电路,可实现逻辑运算。如图(6)所示的电路,只要有一条电路输入为低电平时,输出即为低电平,仅当全部输入为高电平时,输出才为高电平。实现逻辑"与"运算.

 

 

 

百科名片

二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode),另外,还有早期的真空电子二极管;它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子,这种电子器件按照外加电压的方向,具备单向电流的转导性。一般来讲,晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层,构成自建电场。当外加电压等于零时,由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态,这也是常态下的二极管特性。

目录

二极管的特性
正向性
反向特性
击穿
  1. 二极管的特性曲线
  2. 二极管的反向击穿
二极管的应用
二极管的工作原理
二极管的类型
根据构造分类
  1. 点接触型二极管
  2. 键型二极管
  3. 合金型二极管
  4. 扩散型二极管
  5. 台面型二极管
  6. 平面型二极管
  7. 合金扩散型二极管
  8. 外延型二极管
  9. 肖特基二极管
根据用途分类
根据特性分类
二极管的导电特性
  1. 正向特性
  2. 反向特性
二极管的主要参数
半导体二极管参数符号及其意义
二极管的识别
LED发光二极管如何分类
二极管型号命名方法
二极管和半导体的关系
测试二极管的好坏
  1. (二)稳压二极管的检测
  2. (三)双向触发二极管的检测
  3. (四)发光二极管的检测
  4. (五)红外发光二极管的检测
  5. (六)红外光敏二极管的检测
  6. (七)其他光敏二极管的检测
  7. (八)激光二极管的检测
  8. (九)变容二极管的检测
  9. (十)双基极二极管的检测
  10. (十一)桥堆的检测
  11. (十二)高压硅堆的检测
  12. (十三)变阻二极管的检测
  13. (十四)肖特基二极管的检测
  14. 反向特性测试
  15. 部分常用二极管参数
二极管的特性
正向性
反向特性
击穿
  1. 二极管的特性曲线
  2. 二极管的反向击穿
二极管的应用
二极管的工作原理
二极管的类型
根据构造分类
  1. 点接触型二极管
  2. 键型二极管
  3. 合金型二极管
  4. 扩散型二极管
  5. 台面型二极管
  6. 平面型二极管
  7. 合金扩散型二极管
  8. 外延型二极管
  9. 肖特基二极管
展开
  
  晶体二极管

二极管图示

二极管的特性

正向性

  外加正向电压时,在正向特性的起始部分,正向电压很小,不足以克服PN结内电场得阻挡作用,正向电流几乎为零,这一段称为死区。这个不能使二极管导通的正向电压称为死区电压。当正向电压大于死区电压以后,PN结内电场被克服,二极管导通,电流随电压增大而迅速上升。在正常使用的电流范围内,导通时二极管的端电压几乎维持不变,这个电压称为二极管的正向电压。

反向特性

  外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流,由于反向电流很小,二极管处于截止状态。这个反向电流又称为反向饱和电流或漏电流,二极管的反向饱和电流受温度影响很大。

击穿

  外加反向电压超过某一数值时,反向电流会突然增大,这种形象称为电击穿。引起电击穿的临界电压称为二极管反向击穿电压。电击穿时二极管失去单向导电性。如果二极管没有因电击穿而引起过热,则单向导电性不一定会被永久破坏,在撤除外加电压后,其性能仍可恢复,否则二极管就损坏了。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。  二极管是一种具有单向导电的二端器件,有电子二极管和晶体二极管之分,电子二极管现已很少见到,比较常见和常用的多是晶体二极管。二极管的单向导电特性,几乎在所有的电子电路中,都要用到半导体二极管,它在许多的电路中起着重要的作用,它是诞生最早的半导体器件之一,其应用也非常广泛。  二极管的管压降:硅二极管(不发光类型)正向管压降0.7V,锗管正向管压降为0.3V,发光二极管正向管压降为随不同发光颜色而不同。主要有三种颜色,具体压降参考值如下:红色发光二极管的压降为2.0--2.2V,黄色发光二极管的压降为1.8—2.0V,绿色发光二极管的压降为3.0—3.2V,正常发光时的额定电流约为20mA。  二极管的电压与电流不是线性关系,所以在将不同的二极管并联的时候要接相适应的电阻。

二极管的特性曲线

  与PN结一样,二极管具有单向导电性。硅二极管典型伏安特性曲线(图)。在二极管加有正向电压,当电压值较小时,电流极小;当电压超过0.6V时,电流开始按指数规律增大,通常称此为二极管的开启电压;当电压达到约0.7V时,二极管处于完全导通状态,通常称此电压为二极管的导通电压,用符号UD表示。  对于锗二极管,开启电压为0.2V,导通电压UD约为0.3V。
  晶体二极管

 

在二极管加有反向电压,当电压值较小时,电流极小,其电流值为反向饱和电流IS。当反向电压超过某个值时,电流开始急剧增大,称之为反向击穿,称此电压为二极管的反向击穿电压,用符号UBR表示。不同型号的二极管的击穿电压UBR值差别很大,从几十伏到几千伏。

二极管的反向击穿

  齐纳击穿   反向击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。在高掺杂浓度的情况下,因势垒区宽度很小,反向电压较大时,破坏了势垒区内共价键结构,使价电子脱离共价键束缚,产生电子-空穴对,致使电流急剧增大,这种击穿称为齐纳击穿。如果掺杂浓度较低,势垒区宽度较宽,不容易产生齐纳击穿。  雪崩击穿   另一种击穿为雪崩击穿。当反向电压增加到较大数值时,外加电场使少子漂移速度加快,从而与共价键中的价电子相碰撞,把价电子撞出共价键,产生新的电子-空穴对。新产生的电子-空穴被电场加速后又撞出其它价电子,载流子雪崩式地增加,致使电流急剧增加,这种击穿称为雪崩击穿。无论哪种击穿,若对其电流不加限制,都可能造成PN结永久性损坏。

二极管的应用

  1、整流二极管   利用二极管单向导电性,可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉冲直流电。   2、开关元件   二极管在正向电压作用下电阻很小,处于导通状态,相当于一只接通的开关;在反向电压作用下,电阻很大,处于截止状态,如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性,可以组成各种逻辑电路。  3、限幅元件  二极管正向导通后,它的正向压降基本保持不变(硅管为0.7V,管为0.3V)。利用这一特性,在电路中作为限幅元件,可以把信号幅度限制在一定范围内。  4、继流二极管   在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。  5、检波二极管   在收音机中起检波作用。   6、变容二极管   使用于电视机的高频头中。   7、显示元件   用于VCD、DVD、计算器等显示器上。   8、稳压二极管  反向击穿电压恒定,且击穿后可恢复,利用这一特性可以实现稳压电路

二极管的工作原理

  
  晶体二极管

二极管实物

晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结,在其界面处两侧形成空间电荷层,并建有自建电场。当不存在外加电压时,由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时,外界电场和自建电场进一步加强,形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时,p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程,产生大量电子空穴对,产生了数值很大的反向击穿电流,称为二极管的击穿现象。p-n结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。

二极管的类型

  二极管种类有很多,按照所用的半导体材料,可分为锗二极管(Ge管)和硅二极管(Si管)。根据其不同用途,可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。按照管芯结构,又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面,通以脉冲电流,使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起,形成一个“PN结”。由于是点接触,只允许通过较小的电流(不超过几十毫安),适用于高频小电流电路,如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大,允许通过较大的电流(几安到几十安),主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的二极管,它不仅能通过较大的电流,而且性能稳定可靠,多用于开关、脉冲及高频电路中。
  晶体二极管

贴片二极管

根据构造分类

  半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。与PN结不可分割的点接触型和肖特基型,也被列入一般的二极管的范围内。包括这两种型号在内,根据PN结构造面的特点,把晶体二极管分类如下:

点接触型二极管

  点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后,再通过电流法而形成的。因此,其PN结的静电容量小,适用于高频电路。但是,与面结型相比较,点接触型二极管正向特性和反向特性都差,因此,不能使用于大电流和整流。因为构造简单,所以价格便宜。对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言,它是应用范围较广的类型。

键型二极管

  键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。其特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间。与点接触型相比较,虽然键型二极管的PN结电容量稍有增加,但正向特性特别优良。多作开关用,有时也被应用于检波和电源整流(不大于50mA)。在键型二极管中,熔接金丝的二极管有时被称金键型,熔接银丝的二极管有时被称为银键型。

合金型二极管

  在N型锗或硅的单晶片上,通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。正向电压降小,适于大电流整流。因其PN结反向时静电容量大,所以不适于高频检波和高频整流。

扩散型二极管

  在高温的P型杂质气体中,加热N型锗或硅的单晶片,使单晶片表面的一部变成P型,以此法PN结。因PN结正向电压降小,适用于大电流整流。最近,使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。

台面型二极管

  PN结的制作方法虽然与扩散型相同,但是,只保留PN结及其必要的部分,把不必要的部分用药品腐蚀掉。其剩余的部分便呈现出台面形,因而得名。初期生产的台面型,是对半导体材料使用扩散法而制成的。因此,又把这种台面型称为扩散台面型。对于这一类型来说,似乎大电流整流用的产品型号很少,而小电流开关用的产品型号却很多。

平面型二极管

  在半导体单晶片(主要地是N型硅单晶片)上,扩散P型杂质,利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用,在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。因此,不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。由于半导体表面被制作得平整,故而得名。并且,PN结合的表面,因被氧化膜覆盖,所以公认为是稳定性好和寿命长的类型。最初,对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的,故又把平面型称为外延平面型。对平面型二极管而言,似乎使用于大电流整流用的型号很少,而作小电流开关用的型号则很多。

合金扩散型二极管

  它是合金型的一种。合金材料是容易被扩散的材料。把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质,就能与合金一起过扩散,以便在已经形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布。此法适用于制造高灵敏度的变容二极管。

外延型二极管

  用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管。制造时需要非常高超的技术。因能随意地控制杂质的不同浓度的分布,故适宜于制造高灵敏度的变容二极管。

肖特基二极管

  基本原理是:在金属(例如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是:开关速度非常快:反向恢复时间trr特别地短。因此,能制作开关二极和低压大电流整流二极管。

根据用途分类

  1、检波用二极管   就原理而言,从输入信号中取出调制信号是检波,以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。锗材料点接触型、工作频率可达400MHz,正向压降小,结电容小,检波效率高,频率特性好,为2AP型。类似点触型那样检波用的二极管,除用于检波外,还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。  2、整流用二极管   就原理而言,从输入交流中得到输出的直流是整流。以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流大于100mA的叫整流。面结型,工作频率小于KHz,最高反向电压从25伏至3000伏分A~X共22档。分类如下:①硅半导体整流二极管2CZ型、②硅桥式整流器QL型、③用于电视机高压硅堆工作频率近100KHz的2CLG型。
  晶体二极管

内部结构

3、限幅用二极管   大多数二极管能作为限幅使用。也有象保护仪表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用,通常使用硅材料制造的二极管。也有这样的组件出售:依据限制电压需要,把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。  4、调制用二极管   通常指的是环形调制专用的二极管。就是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。即使其它变容二极管也有调制用途,但它们通常是直接作为调频用。  5、混频用二极管   使用二极管混频方式时,在500~10,000Hz的频率范围内,多采用肖特基型和点接触型二极管。  6、放大用二极管   用二极管放大,大致有依靠隧道二极管和体效应二极管那样的负阻性器件的放大,以及用变容二极管的参量放大。因此,放大用二极管通常是指隧道二极管、体效应二极管和变容二极管。  7、开关用二极管   有在小电流下(10mA程度)使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励用开关二极管。小电流的开关二极管通常有点接触型和键型等二极管,也有在高温下还可能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。开关二极管的特长是开关速度快。而肖特基型二极管的开关时间特短,因而是理想的开关二极管。2AK型点接触为中速开关电路用;2CK型平面接触为高速开关电路用;用于开关、限幅、钳位或检波等电路;肖特基(SBD)硅大电流开关,正向压降小,速度快、效率高。  8、变容二极管  用于自动频率控制(AFC)和调谐用的小功率二极管称变容二极管。日本厂商方面也有其它许多叫法。通过施加反向电压,使其PN结的静电容量发生变化。因此,被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常,虽然是采用硅的扩散型二极管,但是也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管,因为这些二极管对于电压而言,其静电容量的变化率特别大。结电容随反向电压VR变化,取代可变电容,用作调谐回路、振荡电路、锁相环路,常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路,多以硅材料制作。  9、频率倍增用二极管   对二极管的频率倍增作用而言,有依靠变容二极管的频率倍增和依靠阶跃(即急变)二极管的频率倍增。频率倍增用的变容二极管称为可变电抗器,可变电抗器虽然和自动频率控制用的变容二极管的工作原理相同,但电抗器的构造却能承受大功率。阶跃二极管又被称为阶跃恢复二极管,从导通切换到关闭时的反向恢复时间trr短,因此,其特长是急速地变成关闭的转移时间显著地短。如果对阶跃二极管施加正弦波,那么,因tt(转移时间)短,所以输出波形急骤地被夹断,故能产生很多高频谐波。  10、稳压二极管  是代替稳压电子二极管的产品。被制作成为硅的扩散型或合金型。是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管。作为控制电压和标准电压使用而制作的。二极管工作时的端电压(又称齐纳电压)从3V左右到150V,按每隔10%,能划分成许多等级。在功率方面,也有从200mW至100W以上的产品。工作在反向击穿状态,硅材料制作,动态电阻RZ很小,一般为2CW型;将两个互补二极管反向串接以减少温度系数则为2DW型。  11、PIN型二极管(PIN Diode)  这是在P区和N区之间夹一层本征半导体(或低浓度杂质的半导体)构造的晶体二极管。PIN中的I是"本征"意义的英文略语。当其工作频率超过100MHz时,由于少数载流子的存贮效应和"本征"层中的渡越时间效应,其二极管失去整流作用而变成阻抗元件,并且,其阻抗值随偏置电压而改变。在零偏置或直流反向偏置时,"本征"区的阻抗很高;在直流正向偏置时,由于载流子注入"本征"区,而使"本征"区呈现出低阻抗状态。因此,可以把PIN二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关(即微波开关)、移相、调制、限幅等电路中。   12、 雪崩二极管 (Avalanche Diode)   它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是栾的:利用雪崩击穿对晶体注入载流子,因载流子渡越晶片需要一定的时间,所以其电流滞后于电压,出现延迟时间,若适当地控制渡越时间,那么,在电流和电压关系上就会出现负阻效应,从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。   13、江崎二极管 (Tunnel Diode)  它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。其基底材料是砷化镓和锗。其P型区的N型区是高掺杂的(即高浓度杂质的)。隧道电流由这些简并态半导体的量子力学效应所产生。发生隧道效应具备如下三个条件:①费米能级位于导带和满带内;②空间电荷层宽度必须很窄(0.01微米以下);简并半导体P型区和N型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。江崎二极管为双端子有源器件。其主要参数有峰谷电流比(IP/PV),其中,下标"P"代表"峰";而下标"V"代表"谷"。江崎二极管可以被应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中(其工作频率可达毫米波段),也可以被应用于高速开关电路中。  14、快速关断(阶跃恢复)二极管 (Step Recovary Diode)   它也是一种具有PN结的二极管。其结构上的特点是:在PN结边界处具有陡峭的杂质分布区,从而形成"自助电场"。由于PN结在正向偏压下,以少数载流子导电,并在PN结附近具有电荷存贮效应,使其反向电流需要经历一个"存贮时间"后才能降至最小值(反向饱和电流值)。阶跃恢复二极管的"自助电场"缩短了存贮时间,使反向电流快速截止,并产生丰富的谐波分量。利用这些谐波分量可设计出梳状频谱发生电路。快速关断(阶跃恢复)二极管用于脉冲和高次谐波电路中。  15、肖特基二极管(Schottky Barrier Diode)
  晶体二极管

二极管电路

它是具有肖特基特性的"金属半导体结"的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外,还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓,多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的,所以,其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微,所以其频率响仅为RC时间常数限制,因而,它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且,MIS(金属-绝缘体-半导体)肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。  16、阻尼二极管   具有较高的反向工作电压和峰值电流,正向压降小,高频高压整流二极管,用在电视机行扫描电路作阻尼和升压整流用。  17、瞬变电压抑制二极管   TVP管,对电路进行快速过压保护,分双极型和单极型两种,按峰值功率(500W-5000W)和电压(8.2V~200V)分类。  18、双基极二极管(单结晶体管)  两个基极,一个发射极的三端负阻器件,用于张驰振荡电路,定时电压读出电路中,它具有频率易调、温度稳定性好等优点。  19、发光二极管  用磷化镓、磷砷化镓材料制成,体积小,正向驱动发光。工作电压低,工作电流小,发光均匀、寿命长、可发红、黄、绿单色光。  20.、硅功率开关二极管  硅功率开关二极管具有高速导通与截止的能力。它主要用于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作高频整流及续流箝拉,具有恢复特性软、过载能力强的优点、广泛用于计算机、雷达电源、步进电机调速等方面。   21、旋转二极管   主要用于无刷电机励磁、也可作普通整流用。

根据特性分类

  点接触型二极管,按正向和反向特性分类如下。  1、一般用点接触型二极管  这种二极管正如标题所说的那样,通常被使用于检波和整流电路中,是正向和反向特性既不特别好,也不特别坏的中间产品。如:SD34、SD46、1N34A等等属于这一类。  2、高反向耐压点接触型二极管  是最大峰值反向电压和最大直流反向电压很高的产品。使用于高压电路的检波和整流。这种型号的二极管一般正向特性不太好或一般。在点接触型锗二极管中,有SD38、1N38A、OA81等等。这种锗材料二极管,其耐压受到限制。要求更高时有硅合金和扩散型。  3、高反向电阻点接触型二极管  正向电压特性和一般用二极管相同。虽然其反方向耐压也是特别地高,但反向电流小,因此其特长是反向电阻高。使用于高输入电阻的电路和高阻负荷电阻的电路中,就锗材料高反向电阻型二极管而言,SD54、1N54A等等属于这类二极管。  4、高传导点接触型二极管  它与高反向电阻型相反。其反向特性尽管很差,但使正向电阻变得足够小。对高传导点接触型二极管而言,有SD56、1N56A等等。对高传导键型二极管而言,能够得到更优良的特性。这类二极管,在负荷电阻特别低的情况下,整流效率较高。

二极管的导电特性

  二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中,电流只能从二极管的正极流入,负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。

正向特性

  在电子电路中,将二极管的正极接在高电位端,负极接在低电位端,二极管就会导通,这种连接方式,称为正向偏置。必须说明,当加在二极管两端的正向电压很小时,二极管仍然不能导通,流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门坎电压”,又称“死区电压”,锗管约为0.1V,硅管约为0.5V)以后,二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变(锗管约为0.3V,硅管约为0.7V),称为二极管的“正向压降”。

反向特性

  在电子电路中,二极管的正极接在低电位端,负极接在高电位端,此时二极管中几乎没有电流流过,此时二极管处于截止状态,这种连接方式,称为反向偏置。二极管处于反向偏置时,仍然会有微弱的反向电流流过二极管,称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值,反向电流会急剧增大,二极管将失去单方向导电特性,这种状态称为二极管的击穿。

二极管的主要参数

  用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标,称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言,必须了解以下几个主要参数:  1、最大整流电流   是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值,其值与PN结面积及外部散热条件等有关。因为电流通过管子时会使管芯发热,温度上升,温度超过容许限度(硅管为141左右,锗管为90左右)时,就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下,二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如,常用的IN4001-4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。  2、最高反向工作电压   加在二极管两端的反向电压高到一定值时,会将管子击穿,失去单向导电能力。为了保证使用安全,规定了最高反向工作电压值。例如,IN4001二极管反向耐压为50V,IN4007反向耐压为1000V。  3、反向电流   反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下,流过二极管的反向电流。反向电流越小,管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系,大约温度每升高10℃,反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管,在25℃时反向电流若为250uA,温度升高到35℃,反向电流将上升到500uA,依此类推,在75℃时,它的反向电流已达8mA,不仅失去了单方向导电特性,还会使管子过热而损坏。又如,2CP10型硅二极管,25℃时反向电流仅为5uA,温度升高到75℃时,反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。  4.动态电阻Rd   二极管特性曲线静态工作点Q附近电压的变化与相应电流的变化量之比。

半导体二极管参数符号及其意义

  CT---势垒电容   Cj---结(极间)电容,表示在二极管两端加规定偏压下,锗检波二极管的总电容   Cjv---偏压结电容   Co---零偏压电容  Cjo---零偏压结电容  Cjo/Cjn---结电容变化   Cs---管壳电容或封装电容  Ct---总电容  CTV---电压温度系数。在测试电流下,稳定电压的相对变化与环境温度的绝对变化之比  CTC---电容温度系数  Cvn---标称电容   IF---正向直流电流(正向测试电流)。锗检波二极管在规定的正向电压VF下,通过极间的电流;硅整流管、硅堆在规定的使用条件下,在正弦半波中允许连续通过的最大工作电流(平均值),硅开关二极管在额定功率下允许通过的最大正向直流电流;测稳压二极管正向电参数时给定的电流  IF(AV)---正向平均电流  IFM(IM)---正向峰值电流(正向最大电流)。在额定功率下,允许通过二极管的最大正向脉冲电流。发光二极管极限电流。  IH---恒定电流、维持电流。  Ii--- 发光二极管起辉电流   IFRM---正向重复峰值电流  IFSM---正向不重复峰值电流(浪涌电流)  Io---整流电流。在特定线路中规定频率和规定电压条件下所通过的工作电流  IF(ov)---正向过载电流  IL---光电流或稳流二极管极限电流   ID---暗电流  IB2---单结晶体管中的基极调制电流  IEM---发射极峰值电流  IEB10---双基极单结晶体管中发射极与第一基极间反向电流  IEB20---双基极单结晶体管中发射极向电流  ICM---最大输出平均电流   IFMP---正向脉冲电流  IP---峰点电流   IV---谷点电流  IGT---晶闸管控制极触发电流  IGD---晶闸管控制极不触发电流  IGFM---控制极正向峰值电流  IR(AV)---反向平均电流  IR(In)---反向直流电流(反向漏电流)。在测反向特性时,给定的反向电流;硅堆在正弦半波电阻性负载电路中,加反向电压规定值时,所通过的电流;硅开关二极管两端加反向工作电压VR时所通过的电流;稳压二极管在反向电压下,产生的漏电流;整流管在正弦半波最高反向工作电压下的漏电流。  IRM---反向峰值电流  IRR---晶闸管反向重复平均电流   IDR---晶闸管断态平均重复电流  IRRM---反向重复峰值电流  IRSM---反向不重复峰值电流(反向浪涌电流)  Irp---反向恢复电流  Iz---稳定电压电流(反向测试电流)。测试反向电参数时,给定的反向电流  Izk---稳压管膝点电流  IOM---最大正向(整流)电流。在规定条件下,能承受的正向最大瞬时电流;在电阻性负荷的正弦半波整流电路中允许连续通过锗检波二极管的最大工作电流  IZSM---稳压二极管浪涌电流  IZM---最大稳压电流。在最大耗散功率下稳压二极管允许通过的电流  iF---正向总瞬时电流   iR---反向总瞬时电流  ir---反向恢复电流   Iop---工作电流  Is---稳流二极管稳定电流   f---频率  n---电容变化指数;电容比   Q---优值(品质因素)  δvz---稳压管电压漂移  di/dt---通态电流临界上升率   dv/dt---通态电压临界上升率  PB---承受脉冲烧毁功率  PFT(AV)---正向导通平均耗散功率   PFTM---正向峰值耗散功率  PFT---正向导通总瞬时耗散功率  Pd---耗散功率   PG---门极平均功率   PGM---门极峰值功率  PC---控制极平均功率或集电极耗散功率  Pi---输入功率  PK---最大开关功率   PM---额定功率。硅二极管结温不高于150度所能承受的最大功率  PMP---最大漏过脉冲功率  PMS---最大承受脉冲功率   Po---输出功率   PR---反向浪涌功率  Ptot---总耗散功率  Pomax---最大输出功率   Psc---连续输出功率  PSM---不重复浪涌功率  PZM---最大耗散功率。在给定使用条件下,稳压二极管允许承受的最大功率  RF(r)---正向微分电阻。在正向导通时,电流随电压指数的增加,呈现明显的非线性特性。在某一正向电压下,电压增加微小量△V,正向电流相应增加△I,则△V/△I称微分电阻  RBB---双基极晶体管的基极间电阻  RE---射频电阻   RL---负载电阻   Rs(rs)----串联电阻  Rth----热阻  R(th)ja----结到环境的热阻   Rz(ru)---动态电阻   R(th)jc---结到壳的热阻  r δ---衰减电阻  r(th)---瞬态电阻   Ta---环境温度   Tc---壳温   td---延迟时间  tf---下降时间  tfr---正向恢复时间   tg---电路换向关断时间   tgt---门极控制极开通时间  Tj---结温  Tjm---最高结温   ton---开通时间   toff---关断时间   tr---上升时间  trr---反向恢复时间  ts---存储时间   tstg---温度补偿二极管的贮成温度   a---温度系数  λp---发光峰值波长   △ λ---光谱半宽度  η---单结晶体管分压比或效率   VB---反向峰值击穿电压   Vc---整流输入电压  VB2B1---基极间电压   VBE10---发射极与第一基极反向电压  VEB---饱和压降  VFM---最大正向压降(正向峰值电压)  VF---正向压降(正向直流电压)  △VF---正向压降差  VDRM---断态重复峰值电压   VGT---门极触发电压   VGD---门极不触发电压  VGFM---门极正向峰值电压  VGRM---门极反向峰值电压   VF(AV)---正向平均电压   Vo---交流输入电压  VOM---最大输出平均电压  Vop---工作电压   Vn---中心电压   Vp---峰点电压  VR---反向工作电压(反向直流电压)  VRM---反向峰值电压(最高测试电压)   V(BR)---击穿电压  Vth---阀电压(门限电压、死区电压)  VRRM---反向重复峰值电压(反向浪涌电压)   VRWM---反向工作峰值电压   V v---谷点电压  Vz---稳定电压   △Vz---稳压范围电压增量  Vs---通向电压(信号电压)或稳流管稳定电流电压  av---电压温度系数   Vk---膝点电压(稳流二极管)   VL ---极限电压

二极管的识别

  小功率二极管的N极(负极),在二极管外表大多采用一种色圈标出来,有些二极管也用二极管专用符号来表示P极(正极)或N极(负极),也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别,长脚为正,短脚为负。用数字式万用表去测二极管时,红表笔接二极管的正极,黑表笔接二极管的负极,此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值,这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。   半导体是一种具有特殊性质的物质,它不像导体一样能够完全导电,又不像绝缘体那样不能导电,它介于两者之间,所以称为半导体。半导体最重要的两种元素是硅(读“gui”)和锗(读“zhe”)。我们常听说的美国硅谷,就是因为起先那里有好多家半导体厂商。   . 二极管应该算是半导体器件家族中的元老了。很久以前,人们热衷于装配一种矿石收音机来收听无线电广播,这种矿石后来就被做成了晶体二极管。

LED发光二极管如何分类

  1.按发光管发光颜色分   按发光管发光颜色分,可分成红色、橙色、绿色(又细分黄绿、标准绿和纯绿)、蓝光等。另外,有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色,上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。  2.按发光管出光面特征分  按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。  圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的?发光二极管记作T-1;把 φ5mm的记作T-1(3/4);把φ4.4mm的记作T-1(1/4)。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类:  (1)高指向性。一般为尖头环氧封装,或是带金属反射腔封装,且不加散射剂。半值角为5°~20°或更小,具有很高的指向性,可作局部照明光源用,或与光检出器联用以组成自动检测系统。  (2)标准型。通常作指示灯用,其半值角为20°~45°。  (3)散射型。这是视角较大的指示灯,半值角为45°~90°或更大,散射剂的量较大。

二极管型号命名方法

  二极管的型号命名规定由五个部分组成
  晶体二极管

型号命名

二极管和半导体的关系

  二极管的正负二个端子。正端A称为阳极,负端K 称为阴极。电流只能从阳极向阴极方向移动。一些初学者容易产生这样一种错误认识:“半导体的一‘半’是一半的‘半’;而二极管也是只有一‘半’电流流动(这是错误的),所有二极管就是半导体 ”。其实二极管与半导体是完全不同的东西。我们只能说二极管是由半导体组成的器件。半导体无论那个方向都能流动电流。

测试二极管的好坏

  一)普通二极管的检测(包括检波二极管、整流二极管、阻尼二极管、开关二极管、续流二极管)是由一个PN结构成的半导体器件,具有单向导电特性。通过用万用表检测其正、反向电阻值,可以判别出二极管的电极,还可估测出二极管是否损坏。 1.极性的判别将万用表置于R×100档或R×1k档,两表笔分别接二极管的两个电极,测出一个结果后,对调两表笔,再测出一个结果。两次测量的结果中,有一次测量出的阻值较大(为反向电阻),一次测量出的阻值较小(为正向电阻)。在阻值较小的一次测量中,黑表笔接的是二极管的正极,红表笔接的是二极管的负极。 2.单负导电性能的检测及好坏的判断通常,锗材料二极管的正向电阻值为1kΩ左右,反向电阻值为300左右。硅材料二极管的电阻值为5 kΩ左右,反向电阻值为∞(无穷大)。正向电阻越小越好,反向电阻越大越好。正、反向电阻值相差越悬殊,说明二极管的单向导电特性越好。 若测得二极管的正、反向电阻值均接近0或阻值较小,则说明该二极管内部已击穿短路或漏电损坏。若测得二极管的正、反向电阻值均为无穷大,则说明该二极管已开路损坏。 3.反向击穿电压的检测二极管反向击穿电压(耐压值)可以用晶体管直流参数测试表测量。其方法是:测量二极管时,应将测试表的“NPN/PNP”选择键设置为NPN状态,再将被测二极管的正极接测试表的“C”插孔内,负极插入测试表的“e”插孔,然后按下“V(BR)”键,测试表即可指示出二极管的反向击穿电压值。 也可用兆欧表和万用表来测量二极管的反向击穿电压、测量时被测二极管的负极与兆欧表的正极相接,将二极管的正极与兆欧表的负极相连,同时用万用表(置于合适的直流电压档)监测二极管两端的电压。如图4-71所示,摇动兆欧表手柄(应由慢逐渐加快),待二极管两端电压稳定而不再上升时,此电压值即是二极管的反向击穿电压。

(二)稳压二极管的检测

  1.正、负电极的判别从外形上看,金属封装稳压二极管管体的正极一端为平面形,负极一端为半圆面形。塑封稳压二极管管体上印有彩色标记的一端为负极,另一端为正极。对标志不清楚的稳压二极管,也可以用万用表判别其极性,测量的方法与普通二极管相同,即用万用表R×1k档,将两表笔分别接稳压二极管的两个电极,测出一个结果后,再对调两表笔进行测量。在两次测量结果中,阻值较小那一次,黑表笔接的是稳压二极管的正极,红表笔接的是稳压二极管的负极。若测得稳压二极管的正、反向电阻均很小或均为无穷大,则说明该二极管已击穿或开路损坏。 2.稳压值的测量用0~30V连续可调直流电源,对于13V以下的稳压二极管,可将稳压电源的输出电压调至15V,将电源正极串接1只1.5kΩ限流电阻后与被测稳压二极管的负极相连接,电源负极与稳压二极管的正极相接,再用万用表测量稳压二极管两端的电压值,所测的读数即为稳压二极管的稳压值。若稳压二极管的稳压值高于15V,则应将稳压电源调至20V以上。 也可用低于1000V的兆欧表为稳压二极管提供测试电源。其方法是:将兆欧表正端与稳压二极管的负极相接,兆欧表的负端与稳压二极管的正极相接后,按规定匀速摇动兆欧表手柄,同时用万用表监测稳压二极管两端电压值(万用表的电压档应视稳定电压值的大小而定),待万用表的指示电压指示稳定时,此电压值便是稳压二极管的稳定电压值。 若测量稳压二极管的稳定电压值忽高忽低,则说明该二极管的性不稳定。 图4-72是稳压二极管稳压值的测量方法。

(三)双向触发二极管的检测

  1.正、反向电阻值的测量用万用表R×1k或R×10k档,测量双向触发二极管正、反向电阻值。正常时其正、反向电阻值均应为无穷大。若测得正、反向电阻值均很小或为0,则说明该二极管已击穿损坏。 2.测量转折电压测量双向触发二极管的转折电压有三种方法。 第一种方法是:将兆欧表的正极(E)和负极(L)分别接双向触发二极管的两端,用兆欧表提供击穿电压,同时用万用表的直流电压档测量出电压值,将双向触发二极管的两极对调后再测量一次。比较一下两次测量的电压值的偏差(一般为3~6V)。此偏差值越小,说明此二极管的性能越好。 第二种方法是:先用万用表测出市电电压U,然后将被测双向触发二极管串入万用表的交流电压测量回路后,接入市电电压,读出电压值U1,再将双向触发二极管的两极对调连接后并读出电压值U2。 若U1与U2的电压值相同,但与U的电压值不同,则说明该双向触发二极管的导通性能对称性良好。若U1与U2的电压值相差较大时,则说明该双向触发二极管的导通性不对称。若U1、U2电压值均与市电U相同时,则说明该双向触发二极管内部已短路损坏。若U1、U2的电压值均为0V,则说明该双向触发二极管内部已开路损坏。 第三种方法是:用0~50V连续可调直流电源,将电源的正极串接1只20kΩ电阻器后与双向触发二极管的一端相接,将电源的负极串接万用表电流档(将其置于1mA档)后与双向触发二极管的另一端相接。逐渐增加电源电压,当电流表指针有较明显摆动时(几十微安以上),则说明此双向触发二极管已导通,此时电源的电压值即是双向触发二极管的转折电压。 图4-73是双向触发二极管转折电压的检测方法。

(四)发光二极管的检测

  1.正、负极的判别将发光二极管放在一个光源下,观察两个金属片的大小,通常金属片大的一端为负极,金属片小的一端为正极。 2.性能好坏的判断 用万用表R×10k档,测量发光二极管的正、反向电阻值。正常时,正向电阻值(黑表笔接正极时)约为10~20kΩ,反向电阻值为250kΩ~∞(无穷大)。较高灵敏度的发光二极管,在测量正向电阻值时,管内会发微光。若用万用表R×1k档测量发光二极管的正、反向电阻值,则会发现其正、反向电阻值均接近∞(无穷大),这是因为发光二极管的正向压降大于1.6V(高于万用表R×1k档内电池的电压值1.5V)的缘故 用万用表的R×10k档对一只220μF/25V电解电容器充电(黑表笔接电容器正极,红表笔接电容器负极),再将充电后的电容器正极接发光二极管正极、电容器负极接发光二极管负极,若发光二极管有很亮的闪光,则说明该发光二极管完好。 也可用3V直流电源,在电源的正极串接1只33Ω电阻后接发光二极管的正极,将电源的负极接发光二极管的负极(见图4-74),正常的发光二极管应发光。或将1节1.5V电池串接在万用表的黑表笔(将万用表置于R×10或R×100档,黑表笔接电池负极,等于与表内的1.5V电池串联),将电池的正极接发光二极管的正极,红表笔接发光二极管的负极,正常的发光二极管应发光。

(五)红外发光二极管的检测

  1.正、负极性的判别红外发光二极管多采用透明树脂封装,管心下部有一个浅盘,管内电极宽大的为负极,而电极窄小的为正极。也可从管身形状和引脚的长短来判断。通常,靠近管身侧向小平面的电极为负极,另一端引脚为正极。长引脚为正极,短引脚为负极。 2.性能好坏的测量用万用表R×10k档测量红外发光管有正、反向电阻。正常时,正向电阻值约为15~40kΩ(此值越小越好);反向电阻大于500kΩ(用R×10k档测量,反向电阻大于200 kΩ)。若测得正、反向电阻值均接近零,则说明该红外发光二极管内部已击穿损坏。若测得正、反向电阻值均为无穷大,则说明该二极管已开路损坏。若测得的反向电阻值远远小于500kΩ,则说明该二极管已漏电损坏。Rac电子资料网

(六)红外光敏二极管的检测

  将万用表置于R×1k档,测量红外光敏二极管的正、反向电阻值。正常时,正向电阻值(黑表笔所接引脚为正极)为3~10 kΩ左右,反向电阻值为500 kΩ以上。若测得其正、反向电阻值均为0或均为无穷大,则说明该光敏二极管已击穿或开路损坏。 在测量红外光敏二极管反向电阻值的同时,用电视机遥控器对着被测红外光敏二极管的接收窗口(见图4-75)。正常的红外光敏二极管,在按动遥控器上按键时,其反向电阻值会由500 kΩ以上减小至50~100 kΩ之间。阻值下降越多,说明红外光敏二极管的灵敏度越高。

(七)其他光敏二极管的检测

  1.电阻测量法用黑纸或黑布遮住光敏二极管的光信号接收窗口,然后用万用表R×1k档测量光敏二极管的正、反向电阻值。正常时,正向电阻值在10~20kΩ之间,反向电阻值为∞(无穷大)。若测得正、反向电阻值均很小或均为无穷大,则是该光敏二极管漏电或开路损坏。 再去掉黑纸或黑布,使光敏二极管的光信号接收窗口对准光源,然后观察其正、反向电阻值的变化。正常时,正、反向电阻值均应变小,阻值变化越大,说明该光敏二极管的灵敏度越高。 2.电压测量法将万用表置于1V直流电压档,黑表笔接光敏二极管的负极,红表笔接光敏二极管的正极、将光敏二极管的光信号接收窗口对准光源。正常时应有0.2~0.4V电压(其电压与光照强度成正比)。 3.电流测量法将万用表置于50μA或500μA电流档,红表笔接正极,黑表笔接负极,正常的光敏二极管在白炽灯光下,随着光照强度的增加,其电流从几微安增大至几百微安。

(八)激光二极管的检测

  1.阻值测量法拆下激光二极管,用万用表R×1k或R×10k档测量其正、反向电阻值。正常时,正向电阻值为20~40kΩ之间,反向电阻值为∞(无穷大)。若测得正向电阻值已超过50kΩ,则说明激光二极管的性能已下降。若测得的正向电阻值大于90kΩ,则说明该二极管已严重老化,不能再使用了。 2.电流测量法用万用表测量激光二极管驱动电路中负载电阻两端的电压降,再根据欧姆定律估算出流过该管的电流值,当电流超过100mA时,若调节激光功率电位器(见图4-76),而电流无明显的变化,则可判断激光二极管严重老化。若电流剧增而失控,则说明激光二极管的光学谐振腔已损坏。

(九)变容二极管的检测

  1.正、负极的判别有的变容二极管的一端涂有黑色标记,这一端即是负极,而另一端为正极。还有的变容二极管的管壳两端分别涂有黄色环和红色环,红色环的一端为正极,黄色环的一端为负极。 也可以用数字万用表的二极管档,通过测量变容二极管的正、反向电压降来判断出其正、负极性。正常的变容二极管,在测量其正向电压降时,表的读数为0.58~0.65V;测量其反向电压降时,表的读数显示为溢出符号“1”。在测量正向电压降时,红表笔接的是变容二极管的正极,黑表笔接的是变容二极管的负极。 2.性能好坏的判断用指针式万用表的R×10k档测量变容二极管的正、反向电阻值。正常的变容二极管,其正、反向电阻值均为∞(无穷大)。若被测变容二极管的正、反向电阻值均有一定阻值或均为0,则是该二极管漏电或击穿损坏。

(十)双基极二极管的检测

  1.电极的判别将万用表置于R×1k档,用两表笔测量双基极二极管三个电极中任意两个电极间的正反向电阻值,会测出有两个电极之间的正、反向电阻值均为2~10kΩ,这两个电极即是基极B1和基极B2,另一个电极即是发射极E。再将黑表笔接发射极E,用红表笔依次去接触另外两个电极,一般会测出两个不同的电阻值。有阻值较小的一次测量中,红表笔接的是基极B2,另一个电极即是基极B1。 2.性能好坏的判断双基极二极管性能的好坏可以通过测量其各极间的电阻值是否正常来判断。用万用表R×1k档,将黑表笔接发射极E,红表笔依次接两个基极(B1和B2),正常时均应有几千欧至十几千欧的电阻值。再将红表笔接发射极E,黑表笔依次接两个基极,正常时阻值为无穷大。 双基极二极管两个基极(B1和B2)之间的正、反向电阻值均为2~10kΩ范围内,若测得某两极之间的电阻值与上述正常值相差较大时,则说明该二极管已损坏。

(十一)桥堆的检测

  1.全桥的检测大多数的整流全桥上,均标注有“ ”、“-”、“~”符号(其中“ ”为整流后输出电压的正极,“-”为输出电压的负极,“~”为交流电压输入端),很容易确定出各电极。Rac电子资料网 检测时,可通过分别测量“ ”极与两个“~”极、“-”极与两个“~”之间各整流二极管的正、反向电阻值(与普通二极管的测量方法相同)是否正常,即可判断该全桥是否已损坏。若测得全桥内鞭只二极管的正、反向电阻值均为0或均为无穷大,则可判断该二极管已击穿或开路损坏。 2.半桥的检测半桥是由两只整流二极管组成,通过用万用表分别测量半桥内部的两只二极管的正、反电阻值是否正常,即可判断出该半桥是否正常。

(十二)高压硅堆的检测

  高压硅堆内部是由多只高压整流二极管(硅粒)串联组成,检测时,可用万用表的R×10k档测量其正、反向电阻值。正常的高压硅堆,其正向电阻值大于200kΩ,反向电阻值为无穷大。若测得其正、反向均有一定电阻值,则说明该高压硅堆已软击穿损坏。

(十三)变阻二极管的检测

  用万用表R×10k档测量变阻二极管的正、反向电阻值,正常的高频变阻二极管的正向电阻值(黑表笔接正极时)为4.5~6kΩ,反向电阻值为无穷大。若测得其正、反向电阻值均很小或均为无穷大,则说明被测变阻二极管已损坏。

(十四)肖特基二极管的检测

  二端型肖特基二极管可以用万用表R×1档测量。正常时,其正向电阻值(黑表笔接正极)为2.5~3.5Ω,投向电阻值为无穷大。若测得正、反电阻值均为无穷大或均接近0,则说明该二极管已开路或击穿损坏。 三端型肖特基二极管应先测出其公共端,判别出共阴对管,还是共阳对管,然后再分别测量两个二极管的正、反向电阻值。正向特性测试 把万用表的黑表笔(表内正极)搭触二极管的正极,红表笔(表内负极)搭触二极管的负极。若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间,这时的阻值就是二极管的正向电阻,一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值,说明管芯短路损坏,若正向电阻接近无穷大值,说明管芯断路。短路和断路的管子都不能使用。

反向特性测试

  把万用表的红表笔搭触二极管的正极,黑表笔搭触二极管的负极,若表针指在无穷大值或接近无穷大值,二极管就是合格的。

部分常用二极管参数

  05Z6.2Y 硅稳压二极管 Vz=6~6.35V,Pzm=500mW,   05Z7.5Y 硅稳压二极管 Vz=7.34~7.70V,Pzm=500mW,   05Z13X 硅稳压二极管 Vz=12.4~13.1V,Pzm=500mW,   05Z15Y 硅稳压二极管 Vz=14.4~15.15V,Pzm=500mW,   05Z18Y 硅稳压二极管 Vz=17.55~18.45V,Pzm=500mW,   1N4001 硅整流二极管 50V, 1A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=50A)   1N4002 硅整流二极管 100V, 1A,   1N4003 硅整流二极管 200V, 1A,   1N4004 硅整流二极管 400V, 1A,   1N4005 硅整流二极管 600V, 1A,   1N4006 硅整流二极管 800V, 1A,   1N4007 硅整流二极管 1000V, 1A,   1N4148 二极管 75V, 4PF,Ir=25nA,Vf=1V,   1N5391 硅整流二极管 50V, 1.5A,(Ir=10uA,Vf=1.4V,Ifs=50A)   1N5392 硅整流二极管 100V,1.5A,   1N5393 硅整流二极管 200V,1.5A,   1N5394 硅整流二极管 300V,1.5A,   1N5395 硅整流二极管 400V,1.5A,   1N5396 硅整流二极管 500V,1.5A,   1N5397 硅整流二极管 600V,1.5A,   1N5398 硅整流二极管 800V,1.5A,   1N5399 硅整流二极管 1000V,1.5A,   1N5400 硅整流二极管 50V, 3A,(Ir=5uA,Vf=1V,Ifs=150A)   1N5401 硅整流二极管 100V,3A,   1N5402 硅整流二极管 200V,3A,   1N5403 硅整流二极管 300V,3A,   1N5404 硅整流二极管 400V,3A,   1N5405 硅整流二极管 500V,3A,   1N5406 硅整流二极管 600V,3A,   1N5407 硅整流二极管 800V,3A,   1N5408 硅整流二极管 1000V,3A,   1S1553 硅开关二极管 70V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,   1S1554 硅开关二极管 55V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,   1S1555 硅开关二极管 35V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,   1S2076 硅开关二极管 35V,150mA,250mW, 8nS, 3PF,450ma, Ir≤1uA,Vf≤0.8V,≤1.8PF,   1S2076A 硅开关二极管 70V,150mA,250mW,8nS, 3PF,450ma,   60V, Ir≤1uA,Vf≤0.8V,≤1.8PF,   1S2471 硅开关二极管 80V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,   1S2471B 硅开关二极管 90V,150mA,250mW,3nS,3PF,450ma,   1S2471V 硅开关二极管 90V,130mA,300mW,4nS,2PF,400ma,   1S2472 硅开关二极管 50V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,   1S2473 硅开关二极管 35V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤3PF,   1S2473H 硅开关二极管 40V,150mA,300mW,4nS,3PF,450ma,   2AN1 二极管 5A, f=100KHz   2CK100 硅开关二极管 40V,150mA,300mW,4nS,3PF,450ma,   2CK101 硅开关二极管 70V,150mA,250mW,8nS, 3PF,450ma,   2CK102 硅开关二极管 35V,150mA,250mW, 8nS, 3PF,450ma,   2CK103 硅开关二极管 20V,100mA, 2PF,100ma,   2CK104 硅开关二极管 35V,100mA, 10nS,2PF,225ma,   2CK105 硅开关二极管 35V,100mA, 4nS,2PF,225ma,   2CK106 硅开关二极管 75V,100mA, 4nS,2PF,100ma,   2CK107 硅开关二极管 90V,130mA,300mW,4nS,2PF,400ma,   2CK108 硅开关二极管 70V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,   2CK109 硅开关二极管 35V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,   2CK110 硅开关二极管 90V,150mA,250mW,3nS,3PF,450ma,   2CK111 硅开关二极管 55V,100mA,300mW, 3.5PF,300ma,   2CK150 硅开关二极管 15V, Ir≤25nA, Vf≤1.2V,≤2PF,   2CK161 硅开关二极管 15V, Ir≤25nA, Vf≤1.2V,≤2PF,   2CK4148 硅开关二极管 75V, Ir≤25nA,Vf=1V,4PF,   2CK2076 硅开关二极管 35V, Ir≤1uA,Vf≤0.8V, ≤1.8PF,   2CK2076A硅开关二极管 60V, Ir≤1uA,Vf≤0.8V, ≤1.8PF,   2CK2471 硅开关二极管 80V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,   2CK2472 硅开关二极管 50V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤2PF,   2CK2473 硅开关二极管 35V, Ir≤0.5uA,Vf≤1.2V,≤3PF,   2CN1A 硅二极管 400V, 1A, f=100KHz,   2CN1B 硅二极管 100V, 1A, f=100KHz,   2CN3 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,   2CN3D 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,   2CN3E 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,   2CN3F 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,   2CN3G 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,   2CN3H 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,   2CN3I 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,   2CN3K 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,   2CN4D 硅二极管 V, 1.5A, f=100KHz,   2CN5D 硅二极管 V, 1.5A, f=100KHz,   2CN6 硅二极管 V, 1A, f=100KHz,   2CP1553 硅二极管 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,   2CP1554 硅二极管 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,   2CP1555 硅二极管 Ir≤0.5uA,Vf≤1.4V,≤3.5PF,   2CW1 硅稳压二极管 Vz=7.0~8.8V,Pzm=280mW,   2CW2 硅稳压二极管 Vz=8.5~9.5V,Pzm=280mW,   2CW3 硅稳压二极管 Vz=9.2~10.5V,Pzm=280mW,   2CW4 硅稳压二极管 Vz=10.0~11.8V,Pzm=280mW,   2CW5 硅稳压二极管 Vz=11.5~12.5V,Pzm=280mW,   2CW5 硅稳压二极管 Vz=12.2~14V,Pzm=280mW,   2CW9 硅稳压二极管 Vz=1.0~2.8V,Pzm=250mW,   2CW10 硅稳压二极管 Vz=2.5~3.5V,Pzm=250mW,   2CW11 硅稳压二极管 Vz=3.2~4.5V,Pzm=250mW,   2CW12 硅稳压二极管 Vz=4.0~5.8V,Pzm=250mW,   2CW13 硅稳压二极管 Vz=5.5~6.5V,Pzm=250mW

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