二极管最全知识
?几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管。首先，我们要了解一些半导体的知识。电流通过各种物体时，不同的物体对电流的通过有着不同的阻止能力，有的物体可使电流顺利通过，也有的物体不让其通过，或者在一定的阻力下让它通过。这种不同的物体通过电流的能力，叫做这种物体的导电性能。各种物体均有着不同的导电性能，凡是导电性能很好的物体叫做导体。如银、铜、铝、铅、锡、铁、水银、碳和电解液等都是良好导体。反之，导电能力很差的物体叫做绝缘体。还有，有的物体的导电能力比导体差，但比绝缘体强，这种导体叫做半导体。如常用的晶体管原材料硅、锗等。收音机CPU都是半导体。下面说说PN结的特性。什么是PN结呢？简单地说吧，可以理解为一块P物质和一块N物质贴在一起，在这两种物质中间有一个薄层。在这薄层内一边带正电荷，一边带负电荷。如图：当PN结加正向电压时，如图1：
图1图２电路中有较大电流流过，我们说是PN结导电。当PN结加反向电压是，如图2。电路中电流很小，几乎为零，我们说PN结反向不导电，我们称这个电流为反向漏电流。当上图２的电压太高时，超过PN结的承受能力，电路电流就会突然增大，这就是所说的击穿。PN结一旦被击穿，PN结就被破坏了。
二极管（Diode），二极管在电路用D表示，二极管是由半导体制作而成的，也可以说是由一个PN结构成。半导体是一种特殊物质。它不像导体那样能够完全导电，也不像绝缘体那样不能导电，它是介于导体与半导体之间，所以称为半导体。同样，在这里我们认识一下半导体的元件二极管：实物如图３：
图３
二极管在电路中的符号表示为：
图４请记住：二极管的正向导通是从P型指向N型，国际的标法是：三角形表示P型，横线是N型。二极管在0.6V以上的电压下电流可急剧移动，反向则无！
二极管的类型：
二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge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、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，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。如下图：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，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，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，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN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，多用于开关、脉冲及高频电路中。现在来介绍二极管的应用：
1、整流二极管
利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。如图：
图52、限幅元件二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。
3、开关元件
???二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。
4、继流二极管
??在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。
5、检波二极管
在收音机中起检波作用。
6、变容二极管
?使用于电视机的高频头中。
判别二极管的好坏，可用如下方法：
图6晶体二极管的正、负极判别
?1、二极管的外壳标有三角形箭头的一端为正极，另一端为负极。
?2、用万用表R100或R1K档，任意测量二极管的两根引线，如果量出的电阻只有几百欧姆（正向电阻），则黑表笔（既万用表内电池正极）所接引线为正极，红表笔（既万用表内电源负极）所接引线为负极。
?3、如果二极的正向电阻为零，或很少；反向也很少那么说明这个二极管已经损坏了。
二极管的参数：
?1、最大工作电流
???二极管长期连续工作时，允许通过最大正向电流，叫做最大工作电流。使用时二极管的工作电流不能超过这个数值，否则会被损坏。
?2、最高反向工作电压
???二极管有最高反向工作电压，使用时，反向工作电压不能超过此电压。（稳压二极管除外）
?3、反向饱和电流
???二极管的反向饱和电流是二极管加反向电压时未被击穿的电流，其电流值越小说明其单向性越好。
?4、正向压降
???二极管在正向电压工作时，管两端会产生正向电压降，其压降值越小管越好。通常硅二极管压降为0.7V，锗二极管为0.3V。
?5、最高工作频率
因为PN结存在着结电容，所以二极管的最高工作频率受到限制。在选用时，选最高频率高于实际使用的工作频率的二极管。
?二极管并联的情况：两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半口三只二极管并联，每只分担电路总电流的三分之一。总之，有几只二极管并联，"流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是，在实际并联运用时"，由于各二极管特性不完全一致，不能均分所通过的电流，会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器，使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大，R应选得越小。
图7二极管串联的情况。显然在理想条件下，有几只管子串联，每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。但因为每只二极管的反向电阻不尽相同，会造成电压分配不均：内阻大的二极管，有可能由于电压过高而被击穿，并由此引起连锁反应，逐个把二极管击穿。在二极管上并联的电阻R，可以使电压分配均匀。均压电阻要取阻值比二极管反向电阻值小的电阻器，各个电阻器的阻值要相等。
图8
最后来说说二极管使用时应该注意的问题：
?1、注意其允许的最大电流。IN4001－4007型硅二极管的额定正向工作电流为1A。
?2、注意其允许的最高电压。IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。
?3、注意其允许的最大频率。
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。?
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。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?.
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。
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。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。 |
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