二极管教材.docx
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二极管教材
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目．錄
●目錄
●第一篇‧二極體常識………………………………………………………...1
1.什麼是二極體………………………………………………………………..1
2.半導體的種類………………………………………………………………..1
3.二極體的電流為何只向一個方向流動……………………………………..1
4.二極體的術語解釋…………………………………………………………..2
5.二極體的命名方式…………………………………………………………..2
6.二極體的分類………………………………………………………………..3
●第二篇‧二極體的結構.生產工藝和檢驗………………...………………...5
1.二極體的結構………………………………………………………………..5
2.二極體的生產過程…………………………………………………………..6
3.二極體的數據表（SPECS）……………………………………………………8
4.二極體的外觀檢驗………………………………………………………….10
5.二極體的測試……………………………………………………………….11
●第三篇‧二極體的使用和注意事項………………………………………..14
1.半波整流二極體的應用與注意事項……………………………………….14
2.全波整流二極體的應用與注意事項……………………………………….15
3.橋式整流二極體的應用與注意事項……………………………………….15
4.倍壓整流二極體的應用與注意事項……………………………………….16
5.整流電路特性參數計算…………………………………………………….18
第一篇二極體常識
1、什麼是二極體
二極體在中國大陸又叫二极管,二極體的英文是diode,.二極體有正、負二個端子（如圖）,電流只能從正极向負极方向移動;一些初學者容易產生這樣一種錯誤認識：
“半導體的‘半’是一半的‘半’；面二極體也是只有一‘半’電流流動（這是錯誤的），所有二極體就是半導體”．其實二極體與半導體是完全不同的東西．我們只能說二極體是由半導體組成的器件．半導體無論那個方向都能流動電流．
+-
2、半導體的種類
半際體可分為本征半導體、P型半導體和N型半導體。
1.本征半導體:
純硅和鍺（11個９的純度）晶體稱本征半導體．硅和鍺為4價元素，其晶體結構穩定．
2.P型半導體：
P型半導體是在4價的本征半導體中混入了3價原子，譬如极小量（一千萬之一）的銦合成的晶體．由於少一電子，所以帶正電．P型的“P”正是取“Positive（正）”一詞的第一個字母．
3.N型半導體：
若把5價的原子，譬如砷混入4價的本征半導體，將產生多餘1個電子的狀態結晶，顯負電性．這N是從“Negative（負）”中取的第一個字母．
3、二極體的電流為什麼只是一個方向流動
如圖一是未加電場（電壓）的情況P型載流子和N型載流子隨機地在晶體中．若在圖二中的N端施加正電壓，在P端施加負電壓，內部的載流子，電子被拉到正電壓方，空核褲拉到負電壓方，從而結合面上的載流子數量大大減少，電阻便增大了．如圖三加相反電壓，此時內部載流子通過結合面，變得易於流動．換言之電阻變小，電流正向流動．
N
P
N
P
N
圖一
N
P
圖二圖三
4、二極體術語解釋
由製造商對某一半導體裝置所提供的表格通常有兩種形式。
一種是僅對裝置作一簡要的說明。
另一種則是藉著圖表、應用等對某一個別裝置作詳細的說明。
但是，不論何種形式，有些數據是必要的，這些數據包括:
（1）最大順向電壓Ｖf（max）（在所指定的電流及溫度下）。
（2）最大順向電流Ｉf（max）（在所指定的溫度下）。
（3）最大逆向電流Ｉr（max）（在所指定的溫度下及電壓下）。
（4）逆向電壓額定值（PIV）或（PRV）或崩潰電壓V（BR）（在所指定的溫度下）。
（5）最大電容量（Tc）。
（6）最大恢復時間（trr）。
（7）工作結溫範圍（TJ）。
由於所討論的二極體不同，也許會提出一些其它的數據，例如頻率範圍、雜訊度
、交換時間、熱阻等數據。
5、二極體的命名方式
二極體的命名方式有很多,比如有美國的、日本的、歐洲的和中國的,但是目前用的二極體大部分都是用美國和日本的命名方法,下面我們就來了解這種命名方式:
A.美國半導體器件的命名和含義
第一部分：
类别
第二部分：
美国
电子工业协会
（EIA）注册标志
第三部分：
美国
电子工业协会
（EIA）登记号
第四部分：
器件规格号
数字
含义
字母
含义
用多位数字表示该器件在美国电子工业协会（EIA）的登记号
用字母A、B、C、D……表示同一型号器件的不同档次
1
二极管
N
该器件已在美国电子工业协会（EIA）注册登记
2
晶体管
3
三个PN结器件（如双栅场效应管晶体管）
n
n个PN结器件
例如:
二極體1N4001
1表示二极管N表示ElA注册标志4007表示ElA登记号
B.日本半導體器件的命名和含義
第一部分：
器件
类型或有效电极数
第二部分：
日本
电子工业协会
注册产品
第三部分：
类别
第四部分：
登记序号
第五部分：
产品
改进序号
数字
含义
字母
字母
含义
用两位以上的整数表示在日本电子工业协会注册登记的顺序号
用字母A、B、C、D……表示对原来型号的改进
0
光敏二极管、晶体管或其组合管
S
表示已在日本电子工业协会（JEIA）注册健忘的半导体分立器件
A
PNP型高频管
B
PNP型低频管
C
NPN型高频管
D
NPN型低频管
1
二极管
F
P门极晶闸管
2
晶体管
G
N门极晶闸管
3
具有四个有效电极或具有三个PN结的晶体管
H
N基极单结晶体管
J
P沟道场效应晶管
K
N沟道场效应晶体管
M
双向晶闸管
例如：
2SA733（PNP型高频晶体管）
2SC4706（NPN型高频晶体管）
2——晶体管
2——晶体管
S——JEIA注册产品
S——JEIA注册产品
A——PNP型高频管
C——NPN型高频管
733——JEIA登记序号
4706——JEIA登记序号
6、二極體的分類
二極體的種類很多,通常我們常用的有發光二極體（LED）、整流二極體、開關二極體、穩壓二極體、觸發二極體和檢波二極體、變容二極體等,下面我們就最常用的幾種二極體作簡要的了解:
A.整流二極體（Diodes）:
整流二極體主要用於電器用品的電源整流,由於整流的頻率不同,所以整流二極體又會分好多種,主要有STD.FR.HER.SF和SKY五種,下面我們對SKY作簡單的說明:
蕭基特二極體主要應用於高頻和高速切換中，它們又稱為熱載子二極體。
蕭基
特二極體是由微量摻雜的半導體（通常為n型），與諸如金、銀或鉑等金屬結合而成，因此其接面並非pn接面。
蕭基特二極體是一種快速切換二極體，而其應用即著眼於此特性，例如它們可作高頻信號的整流作用。
其蕭基特二極體的電路符號如下:
B.稽納二極體（ZenerDiode）:
稽納二極體常用來調整電壓，而且就像整流二極體一樣，在許多電源供應的用途上非常重要。
稽納二極體是一種矽材料pn接面元件，其與整流二極體的差別在於專門選用其逆向崩潰區。
稽納二極體的崩潰電壓，是在製造時仔細地控制摻雜程度。
其圖形符號如下:
C.發光二極體（Light-Emittingdiode（LED））:
發光二極體正如它的名稱所示，當它受激時可對外發出可見光。
發光二極體並非以鍺或矽所製造，通常係以砷磷化鎵或磷化鎵所製成。
因所用於製造的材料不同，則其放射光的波長也不同，顏色自然不同。
由砷磷化鎵發出的為紅色光，而磷化鎵則在黃色與綠色之間。
LED主要應用為指示燈與顯示器，其符號及常見的LED如下圖:
第2篇二極體的結構.生產工藝和檢驗
一.二極體的結構:
二.二極體的生產流程:
A.晶粒的生產流程
B.二極體生產流程
三.二極體的數據表:
四.二極體的外觀檢驗:
二極體的外觀一般包括其外殼、引線、印字和包裝,現就松鉅公司的內部檢驗規範說明如下:
A.本體（外殼）部份
不良項目
定義
缺陷類別
組件外露
任一內部組件,以目視可見者.
重缺點（MA）
孔洞（气孔）
任一孔洞,缺角其長,寬或深大於30MIL或小於30MIL以下
超過5個以上者.
輕缺陷（MI）
本體破裂
（含黑膠與散熱片間破裂）本體或黑膠,與散熱片間有破裂
（裂縫）長度達15MIL以上者.
輕缺陷（MI）
本體毛邊
本體毛邊高於10MIL或超出外觀圖樣上限達10MIL以上者.
輕缺陷（MI）
本體不良
本體（外殼）臟污/刮傷/異色/沾膠/表面粗糙,且不良之長度
達50MIL以上者.
輕缺陷（MI）
膠未灌滿
由外殼頂部算起,外殼邊緣灌膠不足部分超過50MIL.
輕缺陷（MI）
灌膠不良
膠體任一破裂長度超過30MIL以上者.
輕缺陷（MI）
外殼脫落
外殼與膠體分開脫落者.
重缺點（MA）
膠未干
膠未硬化完全,以硬物戳時,膠體下陷或變形者.
重缺點（MA）
本體錯位
本體之合模算起,不對稱形狀達5MIL以上者.
輕缺陷（MI）
本體異色
產品本體顏色與同一批中其它產品有顯著不同者.（針對成
型產品）
輕缺陷（MI）
本體崩裂
材料表面裂痕者.
重缺點（MA）
B.引線（端子）部分
不良項目
定義
缺陷類別
引線（端
子）壓傷
挾痕、壓傷之深度超過1/4引線直徑或厚度,小於1/4引線
或厚度兩處以上（端子者超過10MIL以上者.）
輕缺陷（MI）
引線毛邊
引線上有毛邊達0.3mm以上者.
輕缺陷（MI）
殘膠/露銅
a.產品引線正、反面殘膠/露銅超50MIL自本體延伸或
單處25MIL以上者.
b.位於支架側面部份之殘膠/露銅不計.
c.引線上有兩點以上之殘膠/露銅.
輕缺陷（MI）
引線異色
引線發黃或發黑,其長度在於60MIL以上者或35MIL以上有
五處以上者.
輕缺陷（MI）
引線扭絞
引線互絞致引線變形超過30MIL或變形三處及以上者.
輕缺陷（MI）
引線端子
偏立傾斜
a.引線/端子傾斜大於5度以上.
b.引線/端子位偏超出工程規範.
輕缺陷（MI）
長短腳
PBL三根短腳的長度偏差超過2mm
重缺點（MA）
C.印字部分
不良項目
定義
缺陷類別
無印字
完全無標記者
重缺點（MA）
印字不良
印字模糊不清
輕缺陷（MI）
印字反向
標記印錯邊與客戶之規格不符者.
產品之“-”符號印在正極方向
重缺點（MA）
重缺陷（MI）
印字錯誤
印字式樣與各規格不符（含UL注記）
重缺點（MA）
印字偏移
材料印字中心不得偏移本體中心2mm.
輕缺陷（MI）
D.包裝部分及其它
不良項目
定義
缺陷類別
混料
不同型號相混,不同DATECODE混於同一套管,不同材質相混,不同鍍層相混.
重缺點（MA）
包裝方向不符
同一包裝內產品正反面不同者,极性方向相反者.不符規範者.
重缺點（MA）
數理不符
流程卡標識數量與產品數量不一致,-0/+5
卷裝材料一粒漏裝
重缺點（MA）
資料不符
流程卡和外箱注記及標簽之內容與標準不符.
五.二極體的測試:
二極體的測試有很多方法,在二極體生產廠商都是采用先進的專業儀器,這些儀器非常好用,但是價格都不便宜,一般使用者都不會去採購,而是采用一些常規的儀器檢測,現我們就來看看下例常規的測試方法:
A.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 将指針式万用表置于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30kΩ0左右。
硅材料二极管的电阻值为5kΩ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“E”插孔内，负极插入测试表的“C”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。
B.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能不稳定。
图4-72是稳压二极管稳压值的测量方法。
C．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。
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。
若测得全桥内某只二极管的正、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。
第三篇二極體的使用和參數計算
一.半波整流二極體的應用和參數計算
图1a为简单的半波整流电路。
变压器次级输出的交流电压加到二极管D上（通常说变压器次级电压多大，都是指的交流电压的有效值）。
在交流电压的正半周，二极管因此处于正偏而导通，电流通过二极管到负载，整流波形如图1b中的实线所示。
在交流电压的负半周，二极管因处于负偏而截止，因此没有电流进入负载，负载上电压为零。
从图中可以看出，输出电压是脉冲直流，电压波形是正半个正弦波，称为半波整流。
对半波整流电路，平均输出电压是指电阻性负载时的输出电压，它是变压器次级交流电压有效值的0.45倍。
由于半波整流输出脉冲直流的频率较低，必须加大滤波电容的容量，才能达到教为平滑的直流输出。
当二极管没有达到导通状态时，它必须能够经受住反向峰值电压。
该峰值电压对于不同负载是不一样的。
对于电阻性负载，二极管上呈现的反向峰值电压为√2Erms；对于电容性负载，由于电容充电，二极管上所加的反向峰值电压为2√2Erms。
这两种情况分别如图1c图1d所示。
对于电容性负载，当交流电压正峰到来时，二极管导通，电容被充电，存储一个正向峰值电压。
当交流电压的负半周到来时，二极管截止，电容上保持的正向峰值电压与负半周峰值电压串联相加，此时二极管上承受的反相电压既达到2√2Erms。
很明显，当二极管处于导通状态时，最大峰值电流等于电阻负载上通过的电流，既二极管电流ID为输出电压UD与负载电阻RF的比值，即ID=UD/RF。
二.全波整流二極體的應用和參數計算
变压器次级中心抽头的全波整流电路。
从图2的电路很容易看出，它是两个半波整流电路结合而成的，所以也称为双半波整流电路。
变压器的中心抽头为地电位，把交流电压正、负半周分成两部分。
正弦交流电正半周时二极管DA导通，电流通过DA到负载；负半周时二极管DB导通，电流通过DB也到负载。
和半波整流电路相比，在交流电压的正、负半周上都有电流通过负载。
虽然每个时刻流到负载的电流并未增加，但平均输出电流比半波整流加倍，流过每个管的电流为负载电流的1/2。
有载时平均输出电压是变压器次级半个绕组电压有效值的0.9倍。
在图2中可以看到，每只管子上的反向峰值电压与负载无关。
导通时，导通管近似短路，所以加到不导通管的反向峰值电压是变压器两个初级电压之和，既2√2Erms。
另外，输出脉冲的频率是半波整流电路的两倍，其波形如图2b，故只需要简单的滤波器。
三.橋式整流二極體的應用和參數計算:
经常使用的整流电路是桥式全波整流电路，如图3a所示。
它的变压器次级只有一个绕组，接在由四只二极管组成的电桥上。
四只管又分成两对，每对串联起来工作。
当正弦交流电的正半周到来时，即变压器次级上端为正时，二极管DA和DC导通而二极管DB和DD截止，如图3b所示。
当正弦交流电压的下半周到来时，即变压器上端相对于下端为负时，二极管DB和DD导通而二极管DA和DC截止，如图3c所示。
可以看出，不论是DA和DC导通，或是DB和DD导通，流过负载的电流方向都是一致的，在负载上产生的电压都是上正下负。
输出波形与变压器具有中心抽头的全波整流器的整流波形相同，如图3d。
每一个脉冲波形对应两个导通管。
另外，当DA和DC管导通时，可近似将它们看作短路，变压器次级的反向峰值电压是加到截止管DB和DD上的（两管并联），所以每只管承受的反向峰值电压为√2Erms。
加到电阻性或电感性负载上的输出电压为变压器次级有效值电压的0.9倍；加到电容性负载的输出电压是变压器次级有效值电压的√2倍。
一般估算认为，带负载时输出电压为1.2Erms。
两对二极管交替工作，输出电流比半波整流器加大了一倍，每只管流过的电流ID仅为负载电流Id的一半，即ID=1/2Id。
四.倍壓整流二極體的應用和參數計算:
图4a表示一个半波二倍压整流电路。
图4b和图4c绘出了电路的工作过程。
为明了起见，假设变压器的瞬间极性如图4b。
此时正处在交流电压的负半周，即变压器下端电压为正，上端电压为负，二极管DA导通，近似于短路（DB截止），电容器C1被充电，达到变压器输出的峰值电压√2Erms,充电电压的极性是左负右正。
当交流电压为正半周时，二极管DA截止，DB导通，并向电容C2充电。
加到电容器C2上的电压是交流峰值电压加上电容C1上存储电压，既2√2Erms，如图4c所示。
由此可以看出这个电压也加在处于截止的二极管DA上，因此DA承受的反向峰值电压为2√2Erms。
在交流电压的下一个负半周，二极管DB截止，DA导通，此时电容C2上存储电压是2√2Erms,所以DB承受的反相峰值电压是2√2Erms。
对电容C1的最大充电电流为√2Erms。
如果将图4a改成图5a的形式，可以看出，在这个倍压电路后面再加上一级同样的倍压电路就变成四倍压电路，又加上一级变成六倍压电路，如图5b所示。
如此级联下去，既可得到任意的倍压值。
多倍压整流电路每个二极管所承受的最大反向峰值电压与二倍整流电路是相同的，都为2√2Erms。
从图5b中可以看出，除了电容C1所承受的电压为√2Erms，其余电容所承受的耐压值都为2√2Erms。
电路中R1是限流电阻，限制充电电流，避免烧毁二极管，可选择R1=2√2Erms/I充。
多倍压整流电路只是在负载电流很小的情况下使用，例如，为示波管、显像管及灭虫高压电网等装置供电用，因此一般对二极管只要求其耐压值，而不要求其电流值。
五.整流電路特性的參數計算:
根据前面几种整流电路，可将二极管的工作特点综合成一张表，如表1所示，可供装置电路选择元件时参考。
表1几种整流电路的特性参数
电路形式
输入交流电压有效值
每管的反向峰值电压
每管通过的电流
负载开路输出电压
带负载时输出电压
所需二极管数量
半波整流
Erms
2√2Erms
Id
√2Erms
Erms
1
全波整流
2Erms
2√2Erms
0.5Id
√2Erms
1.2Erms
2
桥式整流容性负载
Erms
√2Erms
0.5Id
√2Erms
1.2Erms
4
桥式整流感性负载
Erms
√2Erms
0.5Id
√2Erms
0.9Erms
4
二倍压整流
Erms
2√2Erms
Id
2√2Erms
2Erms
2
多倍压整流
Erms
N√2Erms
Id
n√2Erms
nErms
n
注：
Erms为交流电压有效值，Id为负载电流，n为偶数。
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