二极管.docx

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二极管

二极管

　　二极管（国标）

　　二极管的判别及参数

　　1.简述

半导体是一种具有特殊性质的物质，它不像导体一样能够完全导电，又不像绝缘体那样不能导电，它介于两者之间，所以称为半导体。

半导体最重要的两种元素是硅（读“guī”）和锗（读“zhě”）。

我们常听说的美国硅谷，就是因为那里有好多家半导体厂商。

　　二极管应该算是半导体器件家族中的元老了。

很久以前，人们热衷于装配一种矿石收音机来收听无线电广播，这种矿石后来就被做成了晶体二极管。

　　二极管最明显的性质就是它的单向导电特性，就是说电流只能从一边过去，却不能从另一边过来（从正极流向负极）。

我们用万用表来对常见的1N4001型硅整流二极管进行测量，红表笔接二极管的负极，黑表笔接二极管的正极时，表针会动，说明它能够导电；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（万用表里面，黑表笔接的是内部电池的正极）。

　　常见的几种二极管中有玻璃封装的、塑料封装的和金属封装的等几种。

像它的名字，二极管有两个电极，并且分为正负极，一般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“—”号。

大功率二极管多采用金属封装，并且有个螺母以便固定在散热器上。

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2．半导体二极管的极性判别及选用

（1）半导体二极管的极性判别

　　一般情况下，二极管有色点的一端为正极，如2AP1～2AP7，2AP11～2AP17等。

如果是透明玻璃壳二极管，可直接看出极性，即内部连触丝的一头是正极，连半导体片的一头是负极。

塑封二极管有圆环标志的是负极，如IN4000系列。

　　无标记的二极管，则可用万用表电阻挡来判别正、负极，万用表电阻挡示意图见图T304。

　　根据二极管正向电阻小，反向电阻大的特点，将万用表拨到电阻挡（一般用R×100或R×1k挡。

不要用R×1或R×10k挡，因为R×1挡使用的电流太大，容易烧坏管子，而R×10k挡使用的电压太高，可能击穿管子）。

用表笔分别与二极管的两极相接，测出两个阻值。

在所测得阻值较小的一次，与黑表笔相接的一端为二极管的正极。

同理，在所测得较大阻值的一次，与黑表笔相接的一端为二极管的负极。

如果测得的正、反向电阻均很小，说明管子内部短路；若正、反向电阻均很大，则说明管子内部开路。

在这两种情况下，管子就不能使用了。

（2）半导体二极管的选用

　　通常小功率锗二极管的正向电阻值为300～500Ω，硅管为1kΩ或更大些。

锗管反向电阻为几十千欧，硅管反向电阻在500kΩ以上（大功率二极管的数值要大得多）。

正反向电阻差值越大越好。

　　点接触二极管的工作频率高，不能承受较高的电压和通过较大的电流，多用于检波、小电流整流或高频开关电路。

面接触二极管的工作电流和能承受的功率都较大，但适用的频率较低，多用于整流、稳压、低频开关电路等方面。

　　选用整流二极管时，既要考虑正向电压，也要考虑反向饱和电流和最大反向电压。

选用检波二极管时，要求工作频率高，正向电阻小，以保证较高的工作效率，特性曲线要好，避免引起过大的失真。

　　3．半导体分立元器件命名方法

　　利用二极管单向导电的特性，常用二极管作整流器，把交流电变为直流电，即只让交流电的正半周（或负半周）通过，再用电容器滤波形成平滑的直流。

事实上好多电器的电源部分都是这样的。

二极管也用来做检波器，把高频信号中的有用信号“检出来”，老式收音机中会有一个“检波二极管”，一般用2AP9型锗管。

　　二极管的类型也有好几种，对于电子制作来说，常常用到以下的二极管：

用于稳压的稳压二极管，用于数字电路的开关二极管，用于调谐的变容二极管，以及光电二极管等，最常看见的是发光二极管。

1．发光二极管

（1）符号

（2）发光二极管

　　发光二极管在日常生活电器中无处不在，它能够发光，有红色、绿色和黄色等，有直径为3mm或5mm圆形的，也有规格为2×5mm长方形的。

与普通二极管一样，发光二极管也是由半导体材料制成的，也具有单向导电的性质，即只有极性正确才能发光。

　　发光二极管的发光颜色一般和它本身的颜色相同，但是近年来出现了透明的发光管，它也能发出红黄绿等颜色的光，只有通电了才能知道。

辨别发光二极管正负极的方法，有实验法和目测法。

实验法就是通电看看能不能发光，若不能就是极性接错或是发光管损坏。

　　注意发光二极管是一种电流型器件，虽然在它的两端直接接上3V的电压后能够发光，但容易损坏，在实际使用中一定要串接限流电阻，工作电流根据型号不同一般为1mA到30mA。

另外，由于发光二极管的导通电压一般为1.7V以上，所以一节1.5V的电池不能点亮发光二极管。

同样，一般万用表的R×1挡到R×1k挡均不能测试发光二极管，而R×10k挡由于使用15V的电池，能把有的发光管点亮。

　　用眼睛来观察发光二极管，可以发现内部的两个电极一大一小。

一般来说，电极较小、个头较矮的一个是发光二极管的正极，电极较大的一个是它的负极。

若是新买来脚较长的一个是正极。

　　（3）发光二极管的伏安特性　　发光二极管的伏安特性与普通二极管类似，但它的正向压降较大，并在正向压降达到一定值时发光。

发光颜色和构成PN结的材料有关，通常有红、黄、绿、蓝和紫等颜色。

发光亮度近似和工作电流密度成正比，但掺杂ZnO和GaP的发光二极管，其发光亮度随电流密度的增加会很快趋向饱和。

另外，随结温的升高，LED的发光亮度将会减弱。

　　由于发光二极管的响应时间（光信号对电信号的延迟时间）一般小于100ns，故直流信号、交流信号或脉冲信号均可作为它的驱动信号。

　　国产LED器件用FG×1×2×3×4×5×6命名，其中×1表示材料，×1取值1，2，3分别对应LED的材料为GaAsP，GaAsAl和GaP。

×2表示发光颜色，×2取1~6时表示发光颜色为红、橙、黄、绿、蓝和复色，×3表示封装形式。

×4表示外形，取0~6各整数时，分别指发光二极管的外形为圆形、长方形、符号形、三角形、正方形、组合形和特殊形。

×5×6为序号。

使用发光二极管时，若用电压源驱动，则应在电路中串接限流电阻，以防止LED中电流过大而损坏。

用交流信号驱动时，为防止LED被反向击穿，可在两端反极性并连整流二极管。

几种红色发光二极管的参数见表B313。

 2．Z310半导体发光器件：

LED数码管

　　常用的LED数码管如图T310（a）所示。

它是利用发光二极管的制造工艺，由7个条状管芯和一个点状管芯的发光二极管制成。

LED数码管有两种不同的结构形式，其等效电路分别如图T311所示。

各段发光二极管的阳极连在一起作为公共端，因此称为共阳极数码管。

工作时应当将阳极连电源正极，各驱动输入端通过限流电阻接相应的译码驱动器的输出。

当译码驱动器的输出为低电平时，数码管相应的段变亮。

　　LED数码管各段发光二极管的伏安特性与普通二极管类似，只是正向压降稍大，在正向电流达到适当大小时就能发光。

在一定范围内，发光亮度和正向电流的大小近似成正比，但正向电流应小于允许的最大电流，并应留有适当的裕量，一般以不超过极限电流的70%为宜。

因此，它的驱动输入端和译码电路或电压源相连时，应当串接合适的限流电阻，以免损坏器件。

　　表B314列出了几种数码管的参数。

　　LED数码管的大小规格很多，一般尺寸大的工作电压也大，这是因为大尺寸数码管的每一段可能是由几个发光二极管串联组成，称为导光柱型。

国产LED数码管的管脚排列规格很多，因此，使用时除查产品说明书外，主要采用实测的方法来确定各管脚的功能，下面以共阳极数码管为例来说明。

　　先按图T312准备好测试线路，把数码管的左下角接地，再使A端逐个和其它管脚接触。

若A端和所有管脚都已接触过，而数码管各段全不亮，则左下角管脚即为阳极或空脚（设数码管是好的）。

若A端接触管脚时数码管上某段变亮，则A端接触的管脚为阳极。

然后使A和阳极连好，用地线分别接触阳极以外的各管脚，相应的段就会变亮，从而可确定管脚和显示段间的对应关系。

　　3．Z312半导体光敏器件：

光敏二极管　

　　光敏二极管又称光电二极管，目前使用最多的是光电二极管。

它有四种类型：

PN结型，PIN结型，雪崩型和肖特基结型。

以下简介PN结型光敏二极管。

　　PN结型光敏二极管同普通二极管一样，也是PN结构造，只是结面积较大，结深较浅，管壳上有光窗，从而使人射光容易注入PN结的耗尽区中进行光电转换，大的结面积增加了有效光面积，提高了光电转换效率。

　　在无光照射时，光敏二极管的伏安特性和普通二极管一样，此时的反向饱和电流叫暗电流，一般在几微安到几百微安之间，其值随反向偏压的增大和环境温度的升高而增大。

在检测弱光电信号时，必须考虑用暗电流小的管子。

　　在有光照时，光敏二极管在一定的反偏电压范围内（UR≥5V），其反向电流将随光照强度（10-3～103lx范围内）的增加而线性增加，这时的反向电流又叫光电流。

因此，对应一定的光照强度，光敏二极管相当于一个恒流源。

在有光照而无外加电压时，光敏二极管相当于一个电池，P区为正，N区为负。

　　光敏二极管有一定光谱响应范围，并对某波长的光有最高的响应灵敏度（峰值波长）。

因此，为获取最大的光电流，应选择光谱响应特性符合待测光谱的光敏二极管，同时加大照度和调整入射的角度。

　　光敏二极管的响应时间，一般小于几百微秒，主要取决于结电容和外部电路电阻的乘积。

表B316列出了几种光敏二极管的参数，其中灵敏度指输入给定波长的单位功率时，光敏二极管能输出的光电流值。