【E課堂】晶體二極體之普通二極體的識別與使用

　　晶體二極體簡稱二極體，它和晶體三極體一樣都是由半導體材料製成的。所謂半導體，是指導電性能介於導體和絕緣體之間的一類物質，常用的半導體材料有矽和鍺。我們常聽說的美國矽谷，就是因為起先那裡有很多家半導體廠商。

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　　半導體材料有兩個顯著特性：一是導電能力的大小受雜質含量多少影響極大，如矽中只要摻入百萬分之一的硼，導電能力就可以提高50萬倍以上;二是導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，可以製造出用途廣泛、各具特點、功能不一的半導體器件。

　　由於絕大多數半導體是晶體，所以往往把半導體材料稱為晶體，晶體二極體、晶體三極體的名稱就是這樣得來的。晶體二極體種類很多，常用的有普通二極體(用於整流、檢波、開關等)和具有特殊性能的二極體(如發光二極體、穩壓二極體、光敏二極體等)。本篇首先向大家介紹用途非常廣泛的普通二極體。

　　普通二極體的識別

　　在半導體器件的大家族中，二極體是誕生最早的成員。在現代電子技術領域中，它仍然扮演著十分重要的角色。初學者正確掌握二極體的識別和使用，對於順利完成各種電子製作和維修顯得至關重要。

　　1.基本構造和特點

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

　　  

 

　　圖1 半導體PN結

　　  

 

　　圖2 二極體的單向導電性

　　晶體二極體有兩根電極引線，一根是正極(接內部P型半導體材料)，另一根是負極(接內部N型半導體材料)。單向導電性是二極體的基本特性。我們把電池G、小燈泡H、二極體串聯起來，連成圖2所示的電路。在(a)圖中，電池正極接在二極體正極上，電池負極通過小燈泡接在二極體的負極上。這時二極體加的是正向電壓，小燈泡發光。在(b)圖中，二極體正、負極引線倒換過來，二極體加的是反向電壓，小燈泡就不能發光。二極體加上正向電壓時電阻很小，能良好導通，加上反向電壓時電阻很大，接近開路截止，這就是它的單向導電性。這個特性也可以理解為：在電路中，二極體只準電流從其正極流向負極，不準反向流通。

　　晶體二極體在收音機中對無線電波進行檢波，在電源變換電路中把交流電變換成為脈動直流電，在數字電路中充當無觸點開關等，都是利用了它的單向導電特性。

　　  

 

　　  

 

　　圖3 普通二極體的實物外形圖

　　2.外形及種類

　　圖3所示是幾種常見的普通二極體的實物外形圖。

　　普通二極體按照所用的半導體材料不同，可分為鍺二極體和矽二極體;按管芯結構不同，可分為圖4所示的點接觸型二極體、面接觸型二極體和平面型二極體;根據管子用途不同，又可分為整流二極體、檢波二極體、開關二極體等。

　　點接觸型二極體是用一根很細的金屬觸絲壓在光潔的半導體表面上，通以強脈衝電流，使觸絲一端和半導體牢固地燒結在一起，構成PN結，如圖4(a)所示。點接觸型二極體因觸絲與半導體接觸面很小，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，適用於收音機中對高頻信號的檢波和微弱交流電的整流。國產鍺二極體2AP系列、2AK系列，都是點接觸型的。

　　面接觸型二極體的PN結面積較大，並做成平面狀，如圖4(b)所示。它可以通過較大的電流，適用於對電網的交流電進行整流。國產大部分2CP系列和2CZ系列的二極體都是面接觸型的。

　　  

 

　　圖4 普通二極體的管芯結構

　　矽平面型二極體的特點是在PN結表面覆蓋了一層二氧化矽薄膜，避免了PN結表面被水分子、氣體分子以及其他離子等沾汙，如圖4(c)所示。這種二極體的特性比較穩定可靠，多用於開關、脈衝及超高頻電路中。國產2CK系列二極體就屬於這種類型。

　　3.基本參數

　　晶體二極體的參數很多，常用檢波、整流二極體的主要參數有以下幾項：

　　①最大整流電流(IFM)。這是指二極體長期連續工作時，允許正向通過PN結的最大平均電流。最大整流電流亦稱額定正向工作電流。使用中，實際工作電流應小於二極體的該參數，否則將損壞二極體。例如，常用2AP9型鍺檢波二極體的最大整流電流為5mA，1N4001、1N4007型矽整流二極體的最大整流電流均為1A。

　　②最高反向工作電壓(URM)。這是指反向加在二極體兩端而不致引起PN結擊穿的最大電壓。使用中應選用URM大於實際工作電壓2倍以上的二極體，如果實際工作電壓的峰值超過該參數，二極體就有被擊穿的危險。例如，常用2AP9型鍺檢波二極體的最高反向工作電壓為15V，1N4001型矽整流二極體的最高反向工作電壓為50V，1N4007型矽整流二極體的最高反向工作電壓為1000V。

　　③正向電壓降(UF)。指二極體導通時其兩端產生的正向電壓降，在規定的正向電流下二極體的正向電壓越小越好，例如，對於常用的小型鍺二極體來說，這個電壓大約是0.2V，而矽管則為0.65V左右。

　　④反向電流(IR)。是指二極體在規定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極體的電流。反向電流越小，管子的單向導電性能越好。一般矽二極體的反向電流為10μA或更小，鍺二極體的反向電流約為幾百微安。

　　⑤最高工作頻率(fM)。由於PN結極間電容的影響，使二極體所能應用的工作頻率有一個上限，fM是指二極體能正常工作的最高頻率。在作檢波或高頻整流使用時，應選用fM至少2倍於電路實際工作頻率的二極體，否則不能正常工作。例如，常用2AP9型鍺檢波二極體的最高工作頻率為100MHz，1N4000 系列矽整流二極體的最高工作頻率為3kHz。

　　管引線，要儘量短，不能用長引線或把引線彎成圈來達到散熱目的。最大整流電流IFM是指電阻性或電感性負載下的半波平均值，若整流二極體工作在電容性負載時，IFM宜降低20%使用，否則二極體可能會因過流發熱而很快損壞。

　　④晶體二極體損壞後一般不可修復，只能更換新管。在選配二極體時應儘可能用同型號的二極體，如無同型號二極體更換時，可儘量選擇用途相同或相近的二極體進行代換，但要求做到：代換管的材料、極性必須與原管一致，並且相關參數指標不得低於原管。例如，代用整流二極體的最大整流電流和最大反向電壓兩項極限參數不得低於原管，否則將有可能被燒毀或被擊穿。代用檢波二極體的最高工作頻率不能低於原管，否則不能正常工作。一般說來，材料、極性不同的二極體不宜互代。這主要是因為鍺管與矽管的管壓降不一樣，如果直接代用，電路將不能正常工作，但用途不同的二極體在符合上述原則的前提下可以靈活變通。例如，可用高頻開關管代替檢波管，可用低頻開關管代替小電流整流管等。

　　⑤業餘條件下，當手頭沒有大電流整流二極體時，可按圖8(a)所示，將同一型號的兩個較小電流的整流二極體並聯起來使用，沒有高反向電壓的二極體時，可按圖8(b)所示，將同一型號的兩個較小反向電壓的二極體串聯起來使用。但在具體應用電路中，還應注意根據需要決定是否加入均衡電路(如均流電阻器或均壓電阻器)，以確保二極體安全可靠地工作。

　　⑥業餘條件下，對於集電極或發射極引腳齊根斷了的三極體，或損壞了一個PN結的三極體，可變廢為寶，按照圖9所示用作二極體。一般來講，高頻小功率三極體可以用作檢波二極體，低頻大功率三極體可以用作整流二極體。但注意，基極引腳齊根斷了的三極體是不能當做二極體使用的。

　　  

 

　　圖5 普通二極體管腳的識別

　　  

 

　　圖6 晶體二極體的符號

　　4.型號命名規則

　　國產晶體二極體的型號命名規定由5個部分組成(也有省掉第五部分的)，如2AP9、2CZ54F等。其中：第一位用數字表示二極體。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為矽N型、D為矽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為開關管、V為混頻檢波管、W為穩壓管、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(數字)、第五位(漢語拼音字母)分別為產品序號和規格，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的差異，具體可查有關手冊。

　　源於國外的常見晶體二極體的型號有1N4000系列，目前在各種電子裝置中應用很普遍，幾乎取代了國標型號的產品。但實際上這些二極體並非全部是進口貨，大多數為國產。

　　5.外殼標註方法

　　通常情況下，晶體二極體的外殼上只標註型號和極性，不會像電阻器、電容器、電感器那樣標註出它的主要參數，要想了解二極體的有關參數，就得查閱有關手冊等。附表列出了電子愛好者經常用到的晶體二極體的主要參數。

　　根據晶體二極體的外殼標誌或封裝形狀，可以區分出兩管腳的正、負極性來。常見普通二極體的管腳識別方法如圖5所示。國產的二極體通常將電路符號(見圖6)印在管殼上，直接標示出引腳極性。小型塑料封裝的二極體通常在負極一端印上一道色環作為負極標記。有的二極體兩端形狀不同，平頭一端引腳為正極，圓頭一端引腳為負極。熟練掌握這些標誌管腳極性的方法，對於正確使用二極體很有必要。

　　普通二極體的使用

　　1.在電路圖中的識別

　　普通晶體二極體在電路圖中的符號表示見圖6。三角形箭頭象徵著電流的方向，短直線象徵半導體材料。我們知道二極體具有單向導電性，在電路中，電流只能從正極流進二極體，從負極流出二極體。二極體符號旁邊的「+」、「-」極性是為了便於說明問題加上去的，實際畫電路圖時一般都不加注。

　　在看電路圖時，初學者往往對二極體的符號哪邊是正極、哪邊是負極弄不清楚，這時不妨採用類比法進行區分：可把二極體的符號看成是一個漏鬥(口大下邊小)，水只能從漏鬥大口入、從小口出，水流即電流，電流是由二極體的正極入、負極出的，這樣就能很自然地記住符號的三角形一邊是二極體的正極了。

　　2.檢測方法

　　藉助普通萬用表的電阻擋，可以粗略地判斷晶體二極體的好壞，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體的正極、紅表筆接被測二極體的負極，由於萬用表內的電池正極通黑表筆、負極通紅表筆，所以這時萬用表指示出的讀數是二極體的正向電阻。這個電阻讀數較小，一般鍺二極體為500~2000Ω，而矽二極體是3kΩ左右。根據電阻讀數的不同，我們還可以區分出鍺二極體和矽二極體。然後，把兩支表筆對調一下，再測量二極體的反向電阻。讀數應明顯變大，鍺管應大於幾百千歐，而矽管則接近無窮大，指針一般看不出偏轉。這一測量結果說明二極體是好的。如果測得的二極體反向電阻很小，說明二極體已經失去了單向導電作用。如果正向和反向電阻都很大，則說明二極體內部已經斷路。

　　上述檢測方法還能用來辨認二極體的正、負極。檢測結果為小電阻(正向電阻)時，與萬用表黑表筆相連的是二極體的正極，與紅表筆連接的就是二極體的負極。

　　普通DT830B型等數字萬用表設有專門測量晶體二極體的擋位，可進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旋至測量二極體的「」擋位置，把紅表筆插頭插入「VΩmA」插孔，黑表筆插頭插入「COM」插孔。然後，將紅表筆(注意：極性為正「+」)接待測晶體二極體的正極，黑表筆接晶體二極體的負極，此時液晶屏直接顯示出所測晶體二極體的正向壓降近似值。反過來測量，顯示「1」，說明二極體是好的。如果正、反測量都顯示「1」，說明晶體二極體內部已經開路。

　　  

 

　　  

 

　　圖7 晶體二極體的測量