【E課堂】晶體二極管之普通二極管的識別與使用

　　晶體二極管簡稱二極管，它和晶體三極管一樣都是由半導(dǎo)體材料制成的。所謂半導(dǎo)體，是指導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一類物質(zhì)，常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺。我們常聽說的美國硅谷，就是因?yàn)槠鹣饶抢镉泻芏嗉野雽?dǎo)體廠商。

　　半導(dǎo)體材料有兩個(gè)顯著特性：一是導(dǎo)電能力的大小受雜質(zhì)含量多少影響極大，如硅中只要摻入百萬分之一的硼，導(dǎo)電能力就可以提高50萬倍以上;二是導(dǎo)電能力受外界條件的影響很大，如溫度、光照的變化，都會使它的電阻率明顯改變。利用這些特性，可以制造出用途廣泛、各具特點(diǎn)、功能不一的半導(dǎo)體器件。

　　由于絕大多數(shù)半導(dǎo)體是晶體，所以往往把半導(dǎo)體材料稱為晶體，晶體二極管、晶體三極管的名稱就是這樣得來的。晶體二極管種類很多，常用的有普通二極管(用于整流、檢波、開關(guān)等)和具有特殊性能的二極管(如發(fā)光二極管、穩(wěn)壓二極管、光敏二極管等)。本篇首先向大家介紹用途非常廣泛的普通二極管。

　　普通二極管的識別

　　在半導(dǎo)體器件的大家族中，二極管是誕生最早的成員。在現(xiàn)代電子技術(shù)領(lǐng)域中，它仍然扮演著十分重要的角色。初學(xué)者正確掌握二極管的識別和使用，對于順利完成各種電子制作和維修顯得至關(guān)重要。

　　1.基本構(gòu)造和特點(diǎn)

　　半導(dǎo)體材料按導(dǎo)電類型不同，分成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體兩類。如果把一小塊半導(dǎo)體材料一邊做成P型，另一邊做成N型，在它們的交界處就形成了PN結(jié)，如圖1所示。簡單地說，把一個(gè)帶有引線的PN結(jié)封裝在玻璃管、塑料體或金屬的外殼里，就構(gòu)成了二極管。

　　圖1 半導(dǎo)體PN結(jié)

　　圖2 二極管的單向?qū)щ娦?/p>

　　晶體二極管有兩根電極引線，一根是正極(接內(nèi)部P型半導(dǎo)體材料)，另一根是負(fù)極(接內(nèi)部N型半導(dǎo)體材料)。單向?qū)щ娦允嵌O管的基本特性。我們把電池G、小燈泡H、二極管串聯(lián)起來，連成圖2所示的電路。在(a)圖中，電池正極接在二極管正極上，電池負(fù)極通過小燈泡接在二極管的負(fù)極上。這時(shí)二極管加的是正向電壓，小燈泡發(fā)光。在(b)圖中，二極管正、負(fù)極引線倒換過來，二極管加的是反向電壓，小燈泡就不能發(fā)光。二極管加上正向電壓時(shí)電阻很小，能良好導(dǎo)通，加上反向電壓時(shí)電阻很大，接近開路截止，這就是它的單向?qū)щ娦浴＿@個(gè)特性也可以理解為：在電路中，二極管只準(zhǔn)電流從其正極流向負(fù)極，不準(zhǔn)反向流通。

　　晶體二極管在收音機(jī)中對無線電波進(jìn)行檢波，在電源變換電路中把交流電變換成為脈動(dòng)直流電，在數(shù)字電路中充當(dāng)無觸點(diǎn)開關(guān)等，都是利用了它的單向?qū)щ娞匦浴?/p>

　　圖3 普通二極管的實(shí)物外形圖

　　2.外形及種類

　　圖3所示是幾種常見的普通二極管的實(shí)物外形圖。

　　普通二極管按照所用的半導(dǎo)體材料不同，可分為鍺二極管和硅二極管;按管芯結(jié)構(gòu)不同，可分為圖4所示的點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管和平面型二極管;根據(jù)管子用途不同，又可分為整流二極管、檢波二極管、開關(guān)二極管等。

　　點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬觸絲壓在光潔的半導(dǎo)體表面上，通以強(qiáng)脈沖電流，使觸絲一端和半導(dǎo)體牢固地?zé)Y(jié)在一起，構(gòu)成PN結(jié)，如圖4(a)所示。點(diǎn)接觸型二極管因觸絲與半導(dǎo)體接觸面很小，只允許通過較小的電流(幾十毫安以下)，但在高頻下工作性能很好，適用于收音機(jī)中對高頻信號的檢波和微弱交流電的整流。國產(chǎn)鍺二極管2AP系列、2AK系列，都是點(diǎn)接觸型的。

　　面接觸型二極管的PN結(jié)面積較大，并做成平面狀，如圖4(b)所示。它可以通過較大的電流，適用于對電網(wǎng)的交流電進(jìn)行整流。國產(chǎn)大部分2CP系列和2CZ系列的二極管都是面接觸型的。

　　圖4 普通二極管的管芯結(jié)構(gòu)

　　硅平面型二極管的特點(diǎn)是在PN結(jié)表面覆蓋了一層二氧化硅薄膜，避免了PN結(jié)表面被水分子、氣體分子以及其他離子等沾污，如圖4(c)所示。這種二極管的特性比較穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及超高頻電路中。國產(chǎn)2CK系列二極管就屬于這種類型。

　　3.基本參數(shù)

　　晶體二極管的參數(shù)很多，常用檢波、整流二極管的主要參數(shù)有以下幾項(xiàng)：

　?、僮畲笳麟娏?IFM)。這是指二極管長期連續(xù)工作時(shí)，允許正向通過PN結(jié)的最大平均電流。最大整流電流亦稱額定正向工作電流。使用中，實(shí)際工作電流應(yīng)小于二極管的該參數(shù)，否則將損壞二極管。例如，常用2AP9型鍺檢波二極管的最大整流電流為5mA，1N4001、1N4007型硅整流二極管的最大整流電流均為1A。

　?、谧罡叻聪蚬ぷ麟妷?URM)。這是指反向加在二極管兩端而不致引起PN結(jié)擊穿的最大電壓。使用中應(yīng)選用URM大于實(shí)際工作電壓2倍以上的二極管，如果實(shí)際工作電壓的峰值超過該參數(shù)，二極管就有被擊穿的危險(xiǎn)。例如，常用2AP9型鍺檢波二極管的最高反向工作電壓為15V，1N4001型硅整流二極管的最高反向工作電壓為50V，1N4007型硅整流二極管的最高反向工作電壓為1000V。

　?、壅螂妷航?UF)。指二極管導(dǎo)通時(shí)其兩端產(chǎn)生的正向電壓降，在規(guī)定的正向電流下二極管的正向電壓越小越好，例如，對于常用的小型鍺二極管來說，這個(gè)電壓大約是0.2V，而硅管則為0.65V左右。

　?、芊聪螂娏?IR)。是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的電流。反向電流越小，管子的單向?qū)щ娦阅茉胶谩Ｒ话愎瓒O管的反向電流為10μA或更小，鍺二極管的反向電流約為幾百微安。

　?、葑罡吖ぷ黝l率(fM)。由于PN結(jié)極間電容的影響，使二極管所能應(yīng)用的工作頻率有一個(gè)上限，fM是指二極管能正常工作的最高頻率。在作檢波或高頻整流使用時(shí)，應(yīng)選用fM至少2倍于電路實(shí)際工作頻率的二極管，否則不能正常工作。例如，常用2AP9型鍺檢波二極管的最高工作頻率為100MHz，1N4000 系列硅整流二極管的最高工作頻率為3kHz。

　　管引線，要盡量短，不能用長引線或把引線彎成圈來達(dá)到散熱目的。最大整流電流IFM是指電阻性或電感性負(fù)載下的半波平均值，若整流二極管工作在電容性負(fù)載時(shí)，IFM宜降低20%使用，否則二極管可能會因過流發(fā)熱而很快損壞。

　?、芫w二極管損壞后一般不可修復(fù)，只能更換新管。在選配二極管時(shí)應(yīng)盡可能用同型號的二極管，如無同型號二極管更換時(shí)，可盡量選擇用途相同或相近的二極管進(jìn)行代換，但要求做到：代換管的材料、極性必須與原管一致，并且相關(guān)參數(shù)指標(biāo)不得低于原管。例如，代用整流二極管的最大整流電流和最大反向電壓兩項(xiàng)極限參數(shù)不得低于原管，否則將有可能被燒毀或被擊穿。代用檢波二極管的最高工作頻率不能低于原管，否則不能正常工作。一般說來，材料、極性不同的二極管不宜互代。這主要是因?yàn)殒N管與硅管的管壓降不一樣，如果直接代用，電路將不能正常工作，但用途不同的二極管在符合上述原則的前提下可以靈活變通。例如，可用高頻開關(guān)管代替檢波管，可用低頻開關(guān)管代替小電流整流管等。

　?、輼I(yè)余條件下，當(dāng)手頭沒有大電流整流二極管時(shí)，可按圖8(a)所示，將同一型號的兩個(gè)較小電流的整流二極管并聯(lián)起來使用，沒有高反向電壓的二極管時(shí)，可按圖8(b)所示，將同一型號的兩個(gè)較小反向電壓的二極管串聯(lián)起來使用。但在具體應(yīng)用電路中，還應(yīng)注意根據(jù)需要決定是否加入均衡電路(如均流電阻器或均壓電阻器)，以確保二極管安全可靠地工作。

　?、迾I(yè)余條件下，對于集電極或發(fā)射極引腳齊根斷了的三極管，或損壞了一個(gè)PN結(jié)的三極管，可變廢為寶，按照圖9所示用作二極管。一般來講，高頻小功率三極管可以用作檢波二極管，低頻大功率三極管可以用作整流二極管。但注意，基極引腳齊根斷了的三極管是不能當(dāng)做二極管使用的。

　　圖5 普通二極管管腳的識別

　　圖6 晶體二極管的符號

　　4.型號命名規(guī)則

　　國產(chǎn)晶體二極管的型號命名規(guī)定由5個(gè)部分組成(也有省掉第五部分的)，如2AP9、2CZ54F等。其中：第一位用數(shù)字表示二極管。第二位用漢語拼音字母表示管子的材料和極性，如A為鍺N型、B為鍺P型、C為硅N型、D為硅P型。第三位用漢語拼音字母表示管子的類型，如P為普通管(小信號管)、K為開關(guān)管、V為混頻檢波管、W為穩(wěn)壓管、Z為整流管、L為整流堆、S為隧道管、N為阻尼管、U為光敏管。第四位(數(shù)字)、第五位(漢語拼音字母)分別為產(chǎn)品序號和規(guī)格，表示最大整流電流、最高反向工作電壓、最高工作頻率等參數(shù)的差異，具體可查有關(guān)手冊。

　　源于國外的常見晶體二極管的型號有1N4000系列，目前在各種電子裝置中應(yīng)用很普遍，幾乎取代了國標(biāo)型號的產(chǎn)品。但實(shí)際上這些二極管并非全部是進(jìn)口貨，大多數(shù)為國產(chǎn)。

　　5.外殼標(biāo)注方法

　　通常情況下，晶體二極管的外殼上只標(biāo)注型號和極性，不會像電阻器、電容器、電感器那樣標(biāo)注出它的主要參數(shù)，要想了解二極管的有關(guān)參數(shù)，就得查閱有關(guān)手冊等。附表列出了電子愛好者經(jīng)常用到的晶體二極管的主要參數(shù)。

　　根據(jù)晶體二極管的外殼標(biāo)志或封裝形狀，可以區(qū)分出兩管腳的正、負(fù)極性來。常見普通二極管的管腳識別方法如圖5所示。國產(chǎn)的二極管通常將電路符號(見圖6)印在管殼上，直接標(biāo)示出引腳極性。小型塑料封裝的二極管通常在負(fù)極一端印上一道色環(huán)作為負(fù)極標(biāo)記。有的二極管兩端形狀不同，平頭一端引腳為正極，圓頭一端引腳為負(fù)極。熟練掌握這些標(biāo)志管腳極性的方法，對于正確使用二極管很有必要。

　　普通二極管的使用

　　1.在電路圖中的識別

　　普通晶體二極管在電路圖中的符號表示見圖6。三角形箭頭象征著電流的方向，短直線象征半導(dǎo)體材料。我們知道二極管具有單向?qū)щ娦?，在電路中，電流只能從正極流進(jìn)二極管，從負(fù)極流出二極管。二極管符號旁邊的“+”、“-”極性是為了便于說明問題加上去的，實(shí)際畫電路圖時(shí)一般都不加注。

　　在看電路圖時(shí)，初學(xué)者往往對二極管的符號哪邊是正極、哪邊是負(fù)極弄不清楚，這時(shí)不妨采用類比法進(jìn)行區(qū)分：可把二極管的符號看成是一個(gè)漏斗(口大下邊小)，水只能從漏斗大口入、從小口出，水流即電流，電流是由二極管的正極入、負(fù)極出的，這樣就能很自然地記住符號的三角形一邊是二極管的正極了。

　　2.檢測方法

　　借助普通萬用表的電阻擋，可以粗略地判斷晶體二極管的好壞，如圖7所示。把萬用表撥到“R×100”或“R×1k”擋，將黑表筆接被測二極管的正極、紅表筆接被測二極管的負(fù)極，由于萬用表內(nèi)的電池正極通黑表筆、負(fù)極通紅表筆，所以這時(shí)萬用表指示出的讀數(shù)是二極管的正向電阻。這個(gè)電阻讀數(shù)較小，一般鍺二極管為500~2000Ω，而硅二極管是3kΩ左右。根據(jù)電阻讀數(shù)的不同，我們還可以區(qū)分出鍺二極管和硅二極管。然后，把兩支表筆對調(diào)一下，再測量二極管的反向電阻。讀數(shù)應(yīng)明顯變大，鍺管應(yīng)大于幾百千歐，而硅管則接近無窮大，指針一般看不出偏轉(zhuǎn)。這一測量結(jié)果說明二極管是好的。如果測得的二極管反向電阻很小，說明二極管已經(jīng)失去了單向?qū)щ娮饔?。如果正向和反向電阻都很大，則說明二極管內(nèi)部已經(jīng)斷路。

　　上述檢測方法還能用來辨認(rèn)二極管的正、負(fù)極。檢測結(jié)果為小電阻(正向電阻)時(shí)，與萬用表黑表筆相連的是二極管的正極，與紅表筆連接的就是二極管的負(fù)極。

　　普通DT830B型等數(shù)字萬用表設(shè)有專門測量晶體二極管的擋位，可進(jìn)行正向壓降測量和管子好壞的判斷，其具體方法如圖7所示：首先，將萬用表的擋位選擇開關(guān)旋至測量二極管的“”擋位置，把紅表筆插頭插入“VΩmA”插孔，黑表筆插頭插入“COM”插孔。然后，將紅表筆(注意：極性為正“+”)接待測晶體二極管的正極，黑表筆接晶體二極管的負(fù)極，此時(shí)液晶屏直接顯示出所測晶體二極管的正向壓降近似值。反過來測量，顯示“1”，說明二極管是好的。如果正、反測量都顯示“1”，說明晶體二極管內(nèi)部已經(jīng)開路。

　　圖7 晶體二極管的測量