【正文】 電子元器件系列知識二極管二極管的特性與應(yīng)用 幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導(dǎo)體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。 二極管的工作原理 晶體二極管為一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的pn結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時，由于pn 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時，pn結(jié)空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。 二極管的類型 二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成一個“PN結(jié)”。由于是點(diǎn)接觸，只允許通過較小的電流（不超過幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機(jī)的檢波等。面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。 二極管的導(dǎo)電特性 二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。下面通過簡單的實(shí)驗(yàn)說明二極管的正向特性和反向特性。 。 在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通，這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時，二極管仍然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，）以后，二極管才能直正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（，），稱為二極管的“正向壓降”。 。 在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，此時二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。 二極管的主要參數(shù)： 用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標(biāo)，稱為二極管的參數(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)： 額定正向工作電流 是指二極管長期連續(xù)工作時允許通過的最大正向電流值。因?yàn)殡娏魍ㄟ^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140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IN4001－4007型鍺二極管的額定正向工作電流為1A。 最高反向工作電壓 加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時，會將管子擊穿，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，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V。 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10，反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管，在25時反向電流若為250uA，溫度升高到35，反向電流將上升到500uA，依此類推，在75時，它的反向電流已達(dá)8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會使管子過熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管，25時反向電流僅為5uA，溫度升高到75時，反向電流也不過160uA。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。 測試二極管的好壞 初學(xué)者在業(yè)余條件下可以使用萬用表測試二極管性能的好壞。測試前先把萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到歐姆檔的RX1K檔位（注意不要使用RX1檔，以免電流過大燒壞二極管），再將紅、黑兩根表筆短路，進(jìn)行歐姆調(diào)零。 正向特性測試 把萬用表的黑表筆（表內(nèi)正極）搭觸二極管的正極，紅表筆（表內(nèi)負(fù)極）搭觸二極管的負(fù)極。若表針不擺到0值而是停在標(biāo)度盤的中間，這時的阻值就是二極管的正向電阻，一般正向電阻越小越好。若正向電阻為0值，說明管芯短路損壞，若正向電阻接近無窮大值，說明管芯斷路。短路和斷路的管子都不能使用。 反向特性測試 把萬且表的紅表筆搭觸二極管的正極，黑表筆搭觸二極管的負(fù)極，若表針指在無窮大值或接近無窮大值，管子就是合格的。 二極管的應(yīng)用 整流二極管 利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電。 開關(guān)元件 二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān)。利用二極管的開關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。 限幅元件 二極管正向?qū)ê螅恼驂航祷颈３植蛔儯?，）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內(nèi)。 繼流二極管 在開關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負(fù)載中起繼流作用。 檢波二極管 在收音機(jī)中起檢波作用。 變?nèi)荻O管 使用于電視機(jī)的高頻頭中。 半導(dǎo)體的特性 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能比導(dǎo)體差而比絕緣體強(qiáng)。實(shí)際上，半導(dǎo)體與導(dǎo)體、絕緣體的區(qū)別在不僅在于導(dǎo)電能力的不同，更重要的是半導(dǎo)體具有獨(dú)特的性能（特性）。1．在純凈的半導(dǎo)體中適當(dāng)?shù)負(fù)饺胍欢ǚN類的極微量的雜質(zhì)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能就會成百萬倍的增加—這是半導(dǎo)體最顯著、最突出的特性。例如，晶體管就是利用這種特性制成的。2．當(dāng)環(huán)境溫度升高一些時，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力就顯著地增加；當(dāng)環(huán)境溫度下降一些時，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力就顯著地下降。這種特性稱為“熱敏”，熱敏電阻就是利用半導(dǎo)體的這種特性制成的。3．當(dāng)有光線照射在某些半導(dǎo)體時，這些半導(dǎo)體就像導(dǎo)體一樣，導(dǎo)電能力很強(qiáng)；當(dāng)沒有光線照射時，這些半導(dǎo)體就像絕緣體一樣不導(dǎo)電，這種特性稱為“光敏”。例如，用作自動化控制用的“光電二極管”、“光電三極管”和光敏電阻等，就是利用半導(dǎo)體的光敏特性制成的。 由此可見，溫度和光照對晶體管的影響很大。因此，晶體管不能放在高溫和強(qiáng)烈的光照環(huán)境中。在晶體管表面涂上一層黑漆也是為了防止光照對它的影響。最后，明確一個基本概驗(yàn)：所謂半導(dǎo)體材料，是一種晶體結(jié)構(gòu)的材料，故“半導(dǎo)體”又叫“晶體”。 P性半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體前面講過，在純凈的半導(dǎo)體中加入一定類型的微量雜質(zhì)，能使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力成百萬倍的增加。加入了雜質(zhì)的半導(dǎo)體可以分為兩種類型：一種雜質(zhì)加到半導(dǎo)體中去后，在半導(dǎo)體中會產(chǎn)生大量的帶負(fù)電荷的自由電子，這種半導(dǎo)體叫做“N型半導(dǎo)體”（也叫“電子型半導(dǎo)體”）；另一種雜質(zhì)加到半導(dǎo)體中后，會產(chǎn)生大量帶正電荷的“空穴”，這種半導(dǎo)體叫“P型半導(dǎo)體”（也叫“空穴型半導(dǎo)體”）。例如，在純凈的半導(dǎo)體鍺中，加入微量的雜質(zhì)銻，就能形成N型半導(dǎo)體。同樣，如果在純凈的鍺中，加入微量的雜質(zhì)銦，就形成P型半導(dǎo)體。 一個PN結(jié)構(gòu)成晶體二極管設(shè)法把P型半導(dǎo)體（有大量的帶正電荷的空穴）和N型半導(dǎo)體（有大量的帶負(fù)電荷的自由電子）結(jié)合在一起，見圖1所示。 圖1 在P型半導(dǎo)體的N型半導(dǎo)體相結(jié)合的地方，就會形成一個特殊的薄層，這個特殊的薄層就叫“PN結(jié)”。晶體二極管實(shí)際上就是由一個PN結(jié)構(gòu)成的（見圖1）。 例如，收音機(jī)中應(yīng)用的晶體二極管，其觸絲（即觸針）部分相當(dāng)于P型半導(dǎo)體，N型鍺片就是N型半導(dǎo)體，他們之間的接觸面就是PN結(jié)。P端（或P端引出線）叫晶體二極管的正端（也稱正極）。N端（或N端引出線）叫晶體二極管的負(fù)端（也稱負(fù)極）。 如果像圖2那樣，把正端連接電池的正極，把負(fù)端接電池的負(fù)極，這是PN結(jié)的電阻值就小到只有幾百歐姆了。因此，通過PN結(jié)的電流（I=U/R）就很大。這樣的連接方法（圖2a）叫“正向連接”。正向連接時，晶體管二極管（或PN結(jié)）兩端承受的電壓叫“正向電壓”；處在正向電壓下，二極管（或PN結(jié)）的電阻叫“正向電阻”，在正向電壓下，通過二極管（或PN結(jié)）的電流叫“正向電流”。很明顯，因?yàn)榫w二極管的正向電阻很?。◣装贇W姆），在一定正向電壓下，正向電流（I=U/R）就會很大這表明在正向電壓下，二極管（或PN結(jié)）具有像導(dǎo)體一樣的導(dǎo)電本領(lǐng)。 圖2a 圖2b 反過來，如果把P端接到電池的負(fù)極，N端接到電池的正極（見圖2b）。這時PN結(jié)的電阻很大（大到幾百千毆），電流（I=U/R）幾乎不能通過二極管，或者說通過的電流很微弱。這樣的連接方法叫“反向連接”。反向連接時，晶體管二極管（或PN結(jié)）兩端承受的電壓叫“反向電壓”；處在反向電壓下，二極管（或PN結(jié)）的電阻叫“反向電阻”，在反向電壓下，通過二極管（或PN結(jié)）的電流叫“反向電流”。顯然，因?yàn)榫w二極管的正向電阻很大（幾百千歐姆），在一定的反向電壓下，正向電流（I=U/R）就會很小，甚至可以忽略不計(jì)，這表明在一定的反向電壓下，二極管（或PN結(jié)）幾乎不導(dǎo)電。 上敘實(shí)驗(yàn)說明這樣一個結(jié)論：晶體二極管（或PN結(jié)）具有單向?qū)щ娞匦浴? 晶體二極管用字母“D”代表，在電路中常用圖3的符號表示，即表示電流（正電荷）只能順著箭頭方向流動，而不能逆著箭頭方向流動。圖3是常用的晶體二極管的外形及符號。 16