二極管的特性與應(yīng)用,Diode characteristics and applications

幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導(dǎo)體二極管，它在許多的電路中起著重要的作用，它是誕生最早的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用也非常廣泛。

二極管的工作原理

晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。

當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。

當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。

二極管的類型

二極管種類有很多，按照所用的半導(dǎo)體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據(jù)其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管等。按照管芯結(jié)構(gòu)，又可分為點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管及平面型二極管。點(diǎn)接觸型二極管是用一根很細(xì)的金屬絲壓在光潔的半導(dǎo)體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地?zé)Y(jié)在一起，形成一個(gè)“PN結(jié)”。由于是點(diǎn)接觸，只允許通過較小的電流（不超過幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機(jī)的檢波等。

面接觸型二極管的“PN結(jié)”面積較大，允許通過較大的電流（幾安到幾十安），主要用于把交流電變換成直流電的“整流”電路中。

平面型二極管是一種特制的硅二極管，它不僅能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠，多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。

二極管的導(dǎo)電特性

二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。下面通過簡單的實(shí)驗(yàn)說明二極管的正向特性和反向特性。

1、正向特性
在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會(huì)導(dǎo)通，這種連接方式，稱為正向偏置。必須說明，當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí)，二極管仍然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V）以后，二極管才能直正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（鍺管約為0.3V，硅管約為0.7V），稱為二極管的“正向壓降”。

2、反向特性

在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒有電流流過，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。二極管處于反向偏置時(shí)，仍然會(huì)有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會(huì)急劇增大，二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。

二極管的主要參數(shù)

用來表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標(biāo)，稱為二極管的參數(shù)。不同類型的二極管有不同的特性參數(shù)。對(duì)初學(xué)者而言，必須了解以下幾個(gè)主要參數(shù)：

1、額定正向工作電流

是指二極管長期連續(xù)工作時(shí)允許通過的最大正向電流值。因?yàn)殡娏魍ㄟ^管子時(shí)會(huì)使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過容許限度（硅管為140左右，鍺管為90左右）時(shí)，就會(huì)使管芯過熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過二極管額定正向工作電流值。例如，常用的IN4001－4007型鍺二極管的額定正向工作電流為 1A。

2、最高反向工作電壓

加在二極管兩端的反向電壓高到一定值時(shí)，會(huì)將管子擊穿，失去單向?qū)щ娔芰Α榱吮ＷC使用安全，規(guī)定了最高反向工作電壓值。例如，IN4001二極管反向耐壓為50V，IN4007反向耐壓為1000V。

3、反向電流

反向電流是指二極管在規(guī)定的溫度和最高反向電壓作用下，流過二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向?qū)щ娦阅茉胶?。值得注意的是反向電流與溫度有著密切的關(guān)系，大約溫度每升高10，反向電流增大一倍。例如2AP1型鍺二極管，在25時(shí)反向電流若為250uA，溫度升高到35，反向電流將上升到 500uA，依此類推，在75時(shí)，它的反向電流已達(dá)8mA，不僅失去了單方向?qū)щ娞匦?，還會(huì)使管子過熱而損壞。又如，2CP10型硅二極管，25時(shí)反向電流僅為5uA，溫度升高到75時(shí)，反向電流也不過160uA。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩(wěn)定性。

測(cè)試二極管的好壞

初學(xué)者在業(yè)余條件下可以使用萬用表測(cè)試二極管性能的好壞。測(cè)試前先把萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)撥到歐姆檔的RX1K檔位（注意不要使用RX1檔，以免電流過大燒壞二極管），再將紅、黑兩根表筆短路，進(jìn)行歐姆調(diào)零。

1、正向特性測(cè)試

把萬用表的黑表筆（表內(nèi)正極）搭觸二極管的正極，，紅表筆（表內(nèi)負(fù)極）搭觸二極管的負(fù)極。若表針不擺到0值而是停在標(biāo)度盤的中間，這時(shí)的阻值就是二極管的正向電阻，一般正向電阻越小越好。若正向電阻為0值，說明管芯短路損壞，若正向電阻接近無窮大值，說明管芯斷路。短路和斷路的管子都不能使用。

2、反向特性測(cè)試

把萬且表的紅表筆搭觸二極管的正極，黑表筆搭觸二極管的負(fù)極，若表針指在無窮大值或接近無窮大值，管子就是合格的。

二極管的應(yīng)用

1、整流二極管

利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動(dòng)直流電。

2、開關(guān)元件

二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān)。利用二極管的開關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。

3、限幅元件

二極管正向?qū)ê螅恼驂航祷颈３植蛔儯ü韫転?.7V，鍺管為0.3V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號(hào)幅度限制在一定范圍內(nèi)。

4、繼流二極管

在開關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負(fù)載中起繼流作用。

5、檢波二極管

在收音機(jī)中起檢波作用。

6、變?nèi)荻O管

使用于電視機(jī)的高頻頭中。