一文讀懂：二極管的基礎(chǔ)知識(shí)

二極管伏安特性說明

在圖4（a）的坐標(biāo)圖中，第一象限內(nèi)的曲線表示二極管的正向特性，第三象限內(nèi)的曲線則是表示二極管的反向特性。下面從兩方面來分析伏安特性曲線。

① 正向特性　正向特性是指給二極管加正向電壓（二極管正極接高電位，負(fù)極接低電位）時(shí)的特性。在圖4（b）電路中，電源直接接到二極管兩端，此電源電壓對(duì)二極管來說是正向電壓。將電源電壓U從0V開始慢慢調(diào)高，在剛開始時(shí)，由于電壓U很低，流過二極管的電流極小，可認(rèn)為二極管沒有導(dǎo)通，只有當(dāng)正向電壓達(dá)到圖4（a）所示的UA電壓時(shí)，流過二極管的電流急劇增大，二極管導(dǎo)通。這里的UA電壓稱為正向?qū)妷?，又稱門電壓（或閾值電壓），不同材料的二極管，其門電壓是不同的，硅材料二極管的門電壓約為0.5～0.7V，鍺材料二極管的門電壓約為0.2～0.3V。

從上面的分析可以看出，二極管的正向特性是：當(dāng)二極管加正向電壓時(shí)不一定能導(dǎo)通，只有正向電壓達(dá)到門電壓時(shí)，二極管才能導(dǎo)通。?

② 反向特性　反向特性是指給二極管加反向電壓（二極管正極接低電位，負(fù)極接高電位）時(shí)的特性。在圖4（c）電路中，電源直接接到二極管兩端，此電源電壓對(duì)二極管來說是反向電壓。將電源電壓U從0V開始慢慢調(diào)高，在反向電壓不高時(shí)，沒有電流流過二極管，二極管不能導(dǎo)通。當(dāng)反向電壓達(dá)到圖4（a）所示UB電壓時(shí)，流過二極管的電流急劇增大，二極管反向?qū)耍@里的UB電壓稱為反向擊穿電壓，反向擊穿電壓一般很高，遠(yuǎn)大于正向?qū)妷?，不同型?hào)的二極管反向擊穿電壓不同，低的十幾伏，高的有幾千伏。普通二極管反向擊穿導(dǎo)通后通常是損壞性的，所以反向擊穿導(dǎo)通的普通二極管一般不能再使用。

從上面的分析可以看出，二極管的反向特性是：當(dāng)二極管加較低的反向電壓時(shí)不能導(dǎo)通，但反向電壓達(dá)到反向擊穿電壓時(shí)，二極管會(huì)反向擊穿導(dǎo)通。

二極管的正、反向特性與生活中的開門類似：當(dāng)你從室外推門（門是朝室內(nèi)開的）時(shí)，如果力很小，門是推不開的，只有力氣較大時(shí)門才能被推開，這與二極管加正向電壓，只有達(dá)到門電壓才能導(dǎo)通相似；當(dāng)你從室內(nèi)往外推門時(shí)，是很難推開的，但如果推門的力氣非常大，門也會(huì)被推開，不過門被推開的同時(shí)一般也就損壞了，這與二極管加反向電壓時(shí)不能導(dǎo)通，但反向電壓達(dá)到反向擊穿電壓（電壓很高）時(shí)，二極管會(huì)擊穿導(dǎo)通相似。?

（4）主要參數(shù)

二極管的主要參數(shù)如下。

① 最大整流電流IF

二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)允許流過的最大正向平均電流稱為最大整流電流，或稱作二極管的額定工作電流。當(dāng)流過二極管的電流大于最大整流電流時(shí)，容易被燒壞。二極管的最大整流電流與PN結(jié)面積、散熱條件有關(guān)。PN結(jié)面積大的面接觸型二極管的IF大，點(diǎn)接觸型二極管的IF小；金屬封裝二極管的IF大，而塑封二極管的IF小。

② 最高反向工作電壓UR　

最高反向工作電壓是指二極管正常工作時(shí)兩端能承受的最高反向電壓。最高反向工作電壓一般為反向擊穿電壓的一半。在高壓電路中需要采用UR大的二極管，否則二極管易被擊穿損壞。

③ 最大反向電流IR

最大反向電流是指二極管兩端加最高反向工作電壓時(shí)流過的反向電流。該值越小，表明二極管的單向?qū)щ娦栽郊选?/p>

④ 最高工作頻率fM

最高工作頻率是指二極管在正常工作條件下的最高頻率。如果加給二極管的信號(hào)頻率高于該頻率，二極管將不能正常工作，fM的大小通常與二極管的PN結(jié)面積有關(guān)，PN結(jié)面積越大，fM 越低，故點(diǎn)接觸型二極管的fM 較高，而面接觸型二極管的fM 較低。

（5）極性判別

二極管引腳有正、負(fù)之分，如果在電路中亂接，輕則不能正常工作，重則會(huì)損壞。二極管極性判別可采用下面一些方法。

① 根據(jù)標(biāo)注或外形判斷極性　

為了讓人們更好地區(qū)分出二極管正、負(fù)極，有些二極管會(huì)在表面作一定的標(biāo)志來指示正、負(fù)極，有些特殊的二極管，從外形也可找出正、負(fù)極。

在圖5中，左上方的二極管表面標(biāo)有二極管符號(hào)，其中三角形端對(duì)應(yīng)的電極為正極，另一端為負(fù)極；左下方的二極管標(biāo)有白色圓環(huán)的一端為負(fù)極；右方的二極管金屬螺栓為負(fù)極，另一端為正極。

圖5　根據(jù)標(biāo)注或外形判斷二極管的極性

② 用指針萬用表判斷極性　

對(duì)于沒有標(biāo)注極性或無明顯外形特征的二極管，可用指針萬用表的歐姆擋來判斷極性。萬用表?yè)苤罵×100Ω或R×1kΩ擋，測(cè)量二極管兩個(gè)引腳之間的阻值，正、反各測(cè)一次，會(huì)出現(xiàn)阻值一大一小，如圖6 所示，以阻值小的一次為準(zhǔn)，見圖6（a），黑表筆接的為二極管的正極，紅表筆接的為二極管的負(fù)極。

圖6　用指針萬用表判斷二極管的極性

③ 用數(shù)字萬用表判斷極性　

數(shù)字萬用表與指針萬用表一樣，也有歐姆擋，但由于兩者測(cè)量原理不同，數(shù)字萬用表歐姆擋無法判斷二極管的正、負(fù)極（數(shù)字萬用表測(cè)量正、反向電阻時(shí)阻值都顯示無窮大符號(hào)“1”），不過數(shù)字萬用表有一個(gè)二極管專用測(cè)量擋，可以用該擋來判斷二極管的極性。用數(shù)字萬用表判斷二極管的極性如圖7所示。

在檢測(cè)判斷時(shí)，數(shù)字萬用表?yè)苤痢癧插圖]”擋（二極管測(cè)量專用擋），然后紅、黑表筆分別接被測(cè)二極管的兩極，正反各測(cè)一次，測(cè)量會(huì)出現(xiàn)一次顯示“1”，如圖7（a）所示，另一次顯示100～800之間的數(shù)字，如圖7（b）所示，以顯示100～800之間數(shù)字的那次測(cè)量為準(zhǔn)，紅表筆接的為二極管的正極，黑表筆接的為二極管的負(fù)極。在圖7中，顯示“1”表示二極管未導(dǎo)通，顯示“585”表示二極管已導(dǎo)通，并且二極管當(dāng)前的導(dǎo)通電壓為585mV（即0.585V）。

圖7　用數(shù)字萬用表判斷二極管的極性

（6）常見故障及檢測(cè)

二極管常見故障有開路、短路和性能不良。

在檢測(cè)二極管時(shí)，萬用表?yè)苤罵×1kΩ擋，測(cè)量二極管正、反向電阻，測(cè)量方法與極性判斷相同，可參見圖6。正常鍺材料二極管正向阻值在1kΩ左右，反向阻值在500kΩ以上；正常硅材料二極管正向電阻在1～10kΩ，反向電阻為無窮大（注：不同型號(hào)萬用表測(cè)量值略有差距）。也就是說，正常二極管的正向電阻小、反向電阻很大。

若測(cè)得二極管正、反電阻均為0，說明二極管短路。

若測(cè)得二極管正、反向電阻均為無窮大，說明二極管開路。

若測(cè)得正、反向電阻差距?。凑螂娮杵螅聪螂娮杵。?，說明二極管性能不良。

3、　整流二極管與整流橋

（1）整流二極管

整流二極管的功能是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。整流二極管的功能說明如圖8 所示。

圖8　整流二極管的功能說明

在圖8（a）中，將燈泡與220V交流電源直接連起來。當(dāng)交流電為正半周時(shí)，其電壓極性為上正下負(fù)，有正半周電流流過燈泡，電流途徑為交流電源上正→燈泡→交流電源下負(fù)，如實(shí)線箭頭所示；當(dāng)交流電為負(fù)半周時(shí)，其電壓極性變?yōu)樯县?fù)下正，有負(fù)半周電流流過燈泡，電流途徑為交流電源下正→燈泡→交流電源上負(fù)，如虛線箭頭所示。由于正負(fù)半周電流均流過燈泡，燈泡發(fā)光，并且光線很亮。

在圖8（b）中，在220V交流電源與燈泡之間串接一個(gè)二極管，會(huì)發(fā)現(xiàn)燈泡也亮，但亮度較暗，這是因?yàn)橹挥薪涣麟娫礊檎胫埽O性為上正下負(fù)）時(shí)，二極管才導(dǎo)通，而交流電源為負(fù)半周（極性為上負(fù)下正）時(shí)，二極管不能導(dǎo)通，結(jié)果只有正半周交流電通過燈泡，故燈泡仍亮，但亮度較暗。圖中的二極管允許交流電一個(gè)半周通過而阻止另一個(gè)半周通過，其功能稱為整流，該二極管稱為整流二極管。

用作整流功能的二極管要求最大整流電流和最高反向工作電壓滿足電路要求，如圖8（b）中的整流二極管在交流電源負(fù)半周時(shí)截止，它兩端要承受三百多伏電壓，如果選用的二極管最高反向工作電壓低于該值，二極管會(huì)被反向擊穿。

表1列出了一些常用整流二極管的主要參數(shù)。

表1　常用整流二極管的主要參數(shù)

（2）整流橋

整流橋又稱整流橋堆，它內(nèi)部含有多個(gè)整流二極管，整流橋有半橋和全橋之分。

① 整流半橋　

半橋內(nèi)部有兩個(gè)二極管，根據(jù)二極管連接方式不同，可分為共陰極半橋、共陽(yáng)極半橋和獨(dú)立二極管半橋，共陰極半橋、共陽(yáng)極半橋有三個(gè)引腳，而獨(dú)立二極管半橋有四個(gè)引腳，如圖9所示。

圖9　整流半橋

在檢測(cè)三引腳整流半橋類型時(shí)，萬用表?yè)苤罵×1kΩ擋，測(cè)量任意兩引腳之間的阻值，當(dāng)出現(xiàn)阻值小時(shí)，黑表筆接的為一個(gè)二極管正極，紅表筆接的為該二極管的負(fù)極，然后黑表筆不動(dòng)，紅表筆接余下的引腳，如果測(cè)得阻值也很小，則所測(cè)整流半橋?yàn)楣碴?yáng)極，黑表筆接的為公共極，如果測(cè)得阻值為無窮大，則所測(cè)整流半橋?yàn)楣碴帢O，紅表筆先前接的引腳為公共極。

② 整流全橋　

全橋內(nèi)部有四個(gè)整流二極管，其外形與內(nèi)部連接如圖10所示。全橋有四個(gè)引腳，標(biāo)有“～”兩個(gè)引腳為交流電壓輸入端，標(biāo)有“+”和“–”分別為直流電壓“+”和“–”輸出端。

圖10　整流橋堆

4、　開關(guān)二極管

二極管具有導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)，它對(duì)應(yīng)著開關(guān)的“開（接通）”和“關(guān)（斷開）”兩種狀態(tài)，當(dāng)二極管加正向偏壓時(shí)，正極電壓高于負(fù)極電壓，二極管導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)閉合，當(dāng)二極管加反向偏壓時(shí)，正極電壓低于負(fù)極電壓，二極管截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開。

（1）特點(diǎn)

在開關(guān)進(jìn)行開、關(guān)狀態(tài)切換時(shí)，需要一定的切換時(shí)間，同樣，二極管由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)也需要一定的時(shí)間。二極管從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)所需的時(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間，二極管從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)所需的時(shí)間稱為開通時(shí)間，二極管的反向恢復(fù)時(shí)間要遠(yuǎn)大于開通時(shí)間。故二極管通常只給出反向恢復(fù)時(shí)間。

為了達(dá)到良好的開、關(guān)效果，要求開關(guān)二極管的導(dǎo)通、截止切換速度很快，即要求開關(guān)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間要小。開關(guān)二極管具有開關(guān)速度快、體積小、壽命長(zhǎng)、可靠性高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的開關(guān)電路、檢波電路、高頻和脈沖整流電路及自動(dòng)控制電路中。

（2）種類

開關(guān)二極管種類很多，如普通開關(guān)二極管、高速開關(guān)二極管、超高速開關(guān)二極管、低功耗開關(guān)二極管、高反壓開關(guān)二極管和硅電壓開關(guān)二極管等。

①普通開關(guān)二極管。常用的國(guó)產(chǎn)普通開關(guān)二極管有2AK系列鍺開關(guān)二極管（如2AK1）。

②高速開關(guān)二極管。高速開關(guān)二極管較普通開關(guān)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間更短，開、關(guān)頻率更快。常用的國(guó)產(chǎn)高速開關(guān)二極管有2CK系列（2CK13），進(jìn)口高速開關(guān)二極管有1N系列（如1N4148）、1S系列（如1S2471）、1SS系列（有引線塑封）和RLS系列（表面安裝）。

③超高速開關(guān)二極管。常用的超高速二極管有1SS系列（有引線塑封）和RLS系列（表面封裝）。

④低功耗開關(guān)二極管。低功耗開關(guān)二極管的功耗較低，但其零偏壓電容和反向恢復(fù)時(shí)間值均較高速開關(guān)二極管低。常用的低功耗開關(guān)二極管有RLS系列（表面封裝）和1SS系列（有引線塑封）。

⑤高反壓開關(guān)二極管。高反壓開關(guān)二極管的反向擊穿電壓均在220V以上，但其零偏壓電容和反向恢復(fù)時(shí)間值相對(duì)較大。常用的高反壓開關(guān)二極管有RLS系列（表面封裝）和1SS系列（有引線塑封）。

⑥硅電壓開關(guān)二極管。硅電壓開關(guān)二極管是一種新型半導(dǎo)體器件，有單向電壓開關(guān)二極管和雙向電壓開關(guān)二極管之分，主要應(yīng)用于觸發(fā)器、過壓保護(hù)電路、脈沖發(fā)生器及高壓輸出、延時(shí)、電子開關(guān)等電路。單向電壓開關(guān)二極管也稱轉(zhuǎn)折二極管，其正向?yàn)樨?fù)阻開關(guān)特性（即當(dāng)外加電壓升高到正向轉(zhuǎn)折電壓值時(shí)，開關(guān)二極管由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，即由高阻轉(zhuǎn)為低阻），反向?yàn)榉€(wěn)定特性；雙向電壓開關(guān)二極管的正向和反向均具有相同的負(fù)阻開關(guān)特性。

（3）應(yīng)用

開關(guān)二極管的應(yīng)用舉例如圖11所示。從A點(diǎn)輸入的Ui信號(hào)要到達(dá)B點(diǎn)輸出，必須經(jīng)過二極管VD，當(dāng)控制電壓為正電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，Ui信號(hào)經(jīng)C1、VD、C2到達(dá)B點(diǎn)輸出，當(dāng)控制電壓為負(fù)電壓時(shí)，二極管截止，Ui信號(hào)無法通過VD，不能到達(dá)B點(diǎn)，二極管VD在該電路相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，其通斷受電壓控制，故又稱為電子開關(guān)。

圖11　開關(guān)二極管的應(yīng)用舉例