半导体器件是近70年来发展起来的新型电子器件,有体积小、重量轻、耗电少、寿命长、工作可靠等一系列优点,应用十分广泛。
半导体二极管简称为二极管,它具有单向导通性,也就是在正向偏置电压条件下,导通电阻很小,且存在一个导通电压降,而在反向偏置电压条件下,导通电阻极大或无穷大。二极管可用于整流、检波、稳压、混频等电路中。
二极管在电路中用字母 D 表示。常用的图形符号如图1.10所示。
图1.10 二极管图形符号
二极管有多种类型,按材料分,可分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管;按制作工艺分,可分为点接触型二极管和面接触型二极管;按用途分,可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管、开关二极管等。
二极管的分类方法很多,下面介绍几种常用的二极管:
整流二极管主要用于整流电路,可以把交流电变换成单向脉动的直流电,由于通过的正向整流电流一般较大,都是采用面接触型的二极管,因而具有较大的结电容。
稳压二极管工作在反向击穿状态,在有一定反向电流的条件下,反向电压不随反向电流变化,在电路中起稳压作用。稳压二极管正向特性与普通二极管相似,但反向特性不同,在二极管未被击穿前,与普通二极管的反向特性相同,反向电流很小,当工作在击穿状态时,反向电流很大,但反向击穿电流也有限值,所以反向电流不能无限制地增大。
检波二极管是利用二极管的单向导通性,将高频信号中的低频信号检出,它具有结电容小、频率特性良好等特点,为点接触型二极管,一般为锗管。
双向二极管是一个二端器件,在满足一定条件下,等效于一个双向开关。双向二极管的正反特性完全对称。当加在双向二极管两端电压小于某一个值,它呈断路状态,当加在双向二极管两端电压大于该值时,它呈短路状态。这个电压称为正向和反向转折电压。双向二极管只有导通和截止两种工作状态。
变容二极管是利用PN结加反向电压时电容改变特性制作成的,PN结相当于一个结电容。反偏电压越大,PN结的绝缘层越宽,其结电容越小;反偏电压越小,PN结的绝缘层越窄,其结电容越大。变容二极管主要在高频电路中用于自动调谐、调频、调相等。
发光二极管(LED)是一种光发射器件,能把电能直接转化成光能。它由镓、砷、磷等元素的化合物制成。当有正向电流流过时,发光二极管会发出一定波长范围的光,光的颜色主要取决于制造所用的材料。发光二极管主要用于指示,可组成显示数字或符号的LED数码管。目前市场上发光二极管的颜色有红、橙、黄、绿、蓝、白等,外形有圆形、长方形等。
光敏二极管又称为光电二极管,是一种光接收器件,其PN结工作在反偏状态。光敏二极管的管壳上有一个玻璃窗口以便接收光照。当窗口受到光照时,就形成反向电流,通过接在回路中的电阻就可以获得电压信号,从而实现光电转换。光敏二极管作为光电器件,广泛应用于光的测量和光电自动控制系统中。
激光器分为固体激光器、气体激光器和半导体激光器。半导体激光器在所有激光器中效率最高、体积最小。现在广泛使用的半导体激光器是砷化镓激光器,即激光二极管。激光二极管的应用非常广泛,计算机的光驱、影碟机中都使用了激光二极管。激光二极管工作时,接正向电压,当PN结中通过一定的正向电流时,PN结发射出激光。
快速恢复二极管是一种新型的半导体二极管,是一种开关特性好、反向恢复时间短的半导体二极管,主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中,作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。
肖特基二极管是肖特基势垒二极管的简称,是一种低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短(小到几纳秒),正向导通压降仅为0.4 V左右,而整流电流却可以达到几千安。肖特基二极管通常用在高频、大电流、低电压整流电路中。
最大整流电流是指二极管长期工作时,允许通过的最大正向电流值。使用时不能超过此值,否则二极管会因发热而烧毁。锗二极管的最大整流电流一般在几十毫安以下,硅二极管的最大整流电流一般可达几百毫安。
最高反向工作电压是指二极管在使用中允许施加的最大反向电压,它一般为反向击穿电压的一半。锗二极管的最高反向工作电压一般在几十伏以下,而硅二极管可达几百伏。
最大反向电流是指二极管的两端加上最高反向电压时的反向电流。反向电流越大,二极管的单向导电性就越差,这样管子寿命短,整流效率也差。硅二极管的反向电流一般在几微安到几十微安左右,而锗二极管的反向电流要比硅管大的多,一般可达几百微安。
半导体二极管的型号由五个部分组成,各部分含义见表1.3所示。第一部分用数字“2”表示二极管;第二部分用字母表示二极管的材料和极性;第三部分用字母表示二极管的类别;第四部分用数字表示序号;第五部分用字母表示二极管规格号。
表1.3 二极管型号及含义
用数字万用表检测二极管时,测量过程如下:
1.将数字万用表的档位开关调至二极管测量档。
2.红色表笔接二极管正极,黑色表笔接二极管负极,此时测量应得到二极管的正向压降值,正向压降值在150 mV~800 mV。
3.交换红表笔和黑表笔再次进行测量,此时测量结果应为二极管反向截止不通,显示为“1”。
如果两次交换表笔得到的测量值都比较小,说明二极管已经损坏;若两次测量值都是“1”,则说明二极管已开路。