半导体二极管

      应知的内容半导体二极管的种类及其在电路中的作用
      应会的内容各种半导体二极管的外形识别和标记、电路符号及使用方法
      应用技巧通过一些实用的电路制作对所学元器件进一步加深理解
      1、二极管的类型
      半导体二极管由一个户型半导体和 型半导体形成的阵 结 N N , 其内部结构如图1 所示
                                                                  

      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、开关二极管等。
      按所用半导体材料不同, 可分为锗二极管{G e 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、发光二极管、光电二极管、以及用于稳压的稳压二极管, 用于数字电路的开关二极管、用于诚皆用的变容二极管等。
      按照管芯结构不同, 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, 再通以脉冲电流. 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, 所以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, 如收音机的检波二极管等。面接触型二极管的“ 尸N 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硅二极管, 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。
      各种二极管的外形及电路符号如图2 所示。

      二极管有各种不同的外形封装. 常用的有玻璃封装、塑料封装和金属封装等, 大功率二极管多采用金属封装, 并且有个螺帽以便固定在散热器上。各种外形封装如图3 所示
                                                               

      图3 中(a) 是玻璃封装; (b) 是塑料封装; ( c )是金属封装

      二极管都有正、负两个电极, 在实物中通常把极性标示在二极管的外壳上。大多数用一个不同颜色的环来表示负极. 有的直接标上“ 一” 号。
      2、二极管的导电特性
      二极管最重要的特性就是单向导电性。在电路中, 电流只能从二极管的正极流入, 负极流出。即二极管具有正向导通和反向截止特性。

      正向特性

      在电子电路中, 将二极管的正极接在高电位端, 负极接在低电位端时, 二极管会导通, 这种连接方式, 称为正向导通特性, 所加的电压称正向偏t 电压。当加在二极管两端的正向电压很小, 流过二极管的正向电流十分微弱时, 二极管仍然不能导通, 只有当正向电压超过它的“ 门槛电压”以后{锗管约为O.ZV , 硅管约为0, 6 V ), 二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本保持不变(锗管约为.0 3 V , 硅管约为0.V7 ), 称为二极管的“ 正向压降”。      

 反向特性
      若把二极管的正极接在低电位端,负极接在高电位端时, 二极管几乎没有电流流过, 此时二极管处于截止状态. 这种连接方式, 称为反向截止特性. 所加的电压称反向偏皿电压. 当二极管两端的反向电压增大到某一数值时. 反向电流会急剧增大. 此时二极管被反向击穿。
      3、二极管的好坏测试

      当红表笔接二极管的负极, 黑表笔接二极管的正极时, 表针会摆动, 说明二极管导电; 然后将黑表笔接二极管负极, 红表笔接二极管正极, 这时万用表
的表针根本不动或者只偏转一点点, 说明导电不良。我们可用万用表测, 普通的二极管, 测试前先把指针式万用表的转换开关拨到欧姆档的R x , K档位(注意不要使用R x , 档或R x 10 K 档, 以免因电流过大或电压过高烧坏二极管), 然后将红、黑两表笔短接, 进行欧姆调零。把万用表的黑表笔( 指针式万用表的黑表笔内接电池的正极, 红表笔内接电池的负极)接在二极管的正极, 红表笔接在二极管的负极. 这时表针会摆动, 表上指示的阻值就是二极管的正向电阻, 一般正向电阻越小越好. 若正向电阻接近无穷大, 说明二极管已开路损坏。若反过来把万用表的红表笔接二极管的正极, 黑表笔接二极管的负极, 这时应表针不动或只偏转一点点, 阻值在无穷大或接近无穷大, 说明管子是好的。
      4、各种二极管的用途
      整流二极管: 利用二极管单向导电性, 可以把交流电变换成单一方向的脉动直流电。
      发光二极管: 发光二极管也是由一个PN 结组成, 它除了具有与普通二极管相同的特性外, 最大的特点就是当它通过一定的正向电流时会发光。具有体积小、工作电压低、工作电流和功耗小的特点。广泛应用于电子仪表、电子设备中。常用的发光二极管有红、绿、黄三种颜色。
      开关二极管: 开关二极管加正向电压时电阻很小, 处于导通状态. 相当于一只接通的开关; 加反向电压时, 电阻很大, 处于截止状态, 如同一只断开的开关, 且开关速度很快, 常作为各种电子开关使用。
      稳压二极管: 稳压二极管又叫齐纳二极管, 它的特点就是击穿后, 其两端的电压基本保持不变。这样, 当把稳压管接入电路以后, 若由于其它原因使电路中的电压发生变化时, 负载两端的电压将基本保持不变。稳压管常被作为稳压器件或保护元件来使用。
      变容二极管: 变容二极管是根据内部“p N 结“ 的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一原理设计出来的一种特殊二极管。变容二极管调制电压一般加到负极上, 使变容二极管的内部结电容容t 随调制电压的变化而变化。在电路中它主要用在调谐电路中, 如在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路上, 目的是低频信号调制到高频信号上, 并由天线发射出去。变容二极管发生故障时, 主要表现为漏电或性能变差:

      ( 1) 发生漏电现象时, 高频调制电路将不工作或调制性能变差。
      ( 2) 变容性能变差时. 高频调制电路的工作不稳定, 使调制后的高频信号产生失真。
      肖特基二极管: 肖特基二极管是由金属和半导体采用平面工艺制造形成的. 它具有反向恢复时间短( 7n s) 和正向压降低(0.4 V )的优点, 常在逆变器中作续流二极管使用。

      快恢复二极管: 快恢复二极管可获得较高的开关速度, 与肖特基二极管相比, 其耐压高得多, 主要也用在逆变电源中做整流元件. 以降低关断损耗, 提高效率和减少噪声。
      5、应用技巧:
      应用技巧1: 过压保护电路

      稳压二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件, 在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个很少的数值, 在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。各种不同型号的稳压二极管其稳定电压值均不同, 所以稳压管主要被作为稳压器件或电压基准元件使用。在本例中它主要作保护之元件来使用。
                                                                                

      如图4 所示是一个简单的过压保护电路, 图中的稳压二极管O 是作为过压保护器件.若电源电压V S 超过二极管的稳压值O 时就导通, 从而使继电器J 断开, 负载R L 与电源分开, 从而起到保护负载的作用。
      应用技巧2 : 发光二极管电平指示

                                                          
      图5 所示是简易发光二极管电平指示电路, 该电路的特点是不用另加电源, 可直接利用收音机、录音机或其它电子设备输出的音频信号. 经二极管VD1、电容C 整流滤波后, 使并接的发光二极管导通发光。由于二极管存在门槛电压, V O Z 一VO6 相当于串联连接,几个二极管中每通过, 个二极管就会
有一定的电压降, 因此音频输出信号幅度越大( 即声音越大), 电容C 上的电压就越高, 发光二极管可发光的个数就越多, 所以可根据发光二极管发光个数的多少, 指示音频设备输出电平的高低。
      注惫发光二极管是一种电流型器件, 正常情况下在它的两端直接接上3 V左右的电压即能够发光, 但容易损坏.在实际使用中一定要串接限流电阻, 电
路中的R1、R2、R 3、R 4、R5 就是每个发光管的限流电阻。
      该电路的优点是: 电路简单容易理解、电路板制作方便简单、可直接并接在录音机或扩音机的喇叭上, 有立竿见影的效果。

    （1). 实验电路装配如图6 所示,正确安装各元器件。
     (2),检查各元器件安装无误后,用烙铁将断口E、G、H 封好。
    （3).将收录机扬声器两端输出的音频信号, 用导线接至A 、B 端, 调节收录机音t 电位器, 观察各发光管的发光情况。通过本制作, 读者可享受到制作成功的喜悦, 同时进一步了解二极管的单向导电性。