二極管的特性與應用
幾乎在所有的電子電路中，都要用到半導體二極管，它在許多的電路中起著(zhù)重要的作用，它是誕生最早的半導體器件之一，其應用也非常廣泛。
二極管的工作原理
晶體二極管為一個(gè)由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)。當不存在外加電壓時(shí)，由于p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場(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散電流增加引起了正向電流。
當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，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無(wú)關(guān)的反向飽和電流I0。
當外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結空間電荷層中的電場(chǎng)強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過(guò)程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數值很大的反向擊穿電流，稱(chēng)為二極管的擊穿現象。
二極管的類(lèi)型
二極管種類(lèi)有很多，按照所用的半導體材料，可分為鍺二極管（Ge管）和硅二極管（Si管）。根據其不同用途，可分為檢波二極管、整流二極管、穩壓二極管、開(kāi)關(guān)二極管等。按照管芯結構，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的金屬絲壓在光潔的半導體晶片表面，通以脈沖電流，使觸絲一端與晶片牢固地燒結在一起，形成一個(gè)“PN結”。由于是點(diǎn)接觸，只允許通過(guò)較小的電流（不超過(guò)幾十毫安），適用于高頻小電流電路，如收音機的檢波等。
面接觸型二極管的“PN結”面積較大，允許通過(guò)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(guò)較大的電流，而且性能穩定可靠，多用于開(kāi)關(guān)、脈沖及高頻電路中。
二極管的導電特性
二極管最重要的特性就是單方向導電性。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負極流出。下面通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗說(shuō)明二極管的正向特性和反向特性。
在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會(huì )導通，這種連接方式，稱(chēng)為正向偏置。必須說(shuō)明，當加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí)，二極管仍然不能導通，流過(guò)二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數值（這一數值稱(chēng)為“門(mén)檻電壓”，鍺管約為0.2V，硅管約為0.6V）以后，二極管才能直正導通。導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(chēng)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，負極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，此時(shí)二極管處于截止狀態(tài)，這種連接方式，稱(chēng)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(guò)二極管，稱(chēng)為漏電流。當二極管兩端的反向電壓增大到某一數值，反向電流會(huì )急劇增大，二極管將失去單方向導電特性，這種狀態(tài)稱(chēng)為二極管的擊穿。
二極管的主要參數
用來(lái)表示二極管的性能好壞和適用范圍的技術(shù)指標，稱(chēng)為二極管的參數。不同類(lèi)型的二極管有不同的特性參數。對初學(xué)者而言，必須了解以下幾個(gè)主要參數：
1、額定正向工作電流
是指二極管長(cháng)期連續工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向電流值。因為電流通過(guò)管子時(shí)會(huì )使管芯發(fā)熱，溫度上升，溫度超過(guò)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(guò)熱而損壞。所以，二極管使用中不要超過(guò)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，失去單向導電能力。為了保證使用安全，規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定的溫度和最高反向電壓作用下，流過(guò)二極管的反向電流。反向電流越小，管子的單方向導電性能越好。值得注意的是反向電流與溫度有著(zhù)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(lèi)推，在75時(shí)，它的反向電流已達8mA，不僅失去了單方向導電特性，還會(huì )使管子過(guò)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(guò)160uA。故硅二極管比鍺二極管在高溫下具有較好的穩定性。
測試二極管的好壞
初學(xué)者在業(yè)余條件下可以使用萬(wàn)用表測試二極管性能的好壞。測試前先把萬(wàn)用表的轉換開(kāi)關(guān)撥到歐姆檔的RX1K檔位（注意不要使用RX1檔，以免電流過(guò)大燒壞二極管），再將紅、黑兩根表筆短路，進(jìn)行歐姆調零。
1、正向特性測試
把萬(wàn)用表的黑表筆（表內正極）搭觸二極管的正極，，紅表筆（表內負極）搭觸二極管的負極。若表針不擺到0值而是停在標度盤(pán)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(shuō)明管芯短路損壞，若正向電阻接近無(wú)窮大值，說(shuō)明管芯斷路。短路和斷路的管子都不能使用。
2、反向特性測試
把萬(wàn)且表的紅表筆搭觸二極管的正極，黑表筆搭觸二極管的負極，若表針指在無(wú)窮大值或接近無(wú)窮大值，管子就是合格的。
二極管的應用
1、整流二極管
利用二極管單向導電性，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(kāi)關(guān)元件
二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態(tài)，相當于一只接通的開(kāi)關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態(tài)，如同一只斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。利用二極管的開(kāi)關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。
3、限幅元件
二極管正向導通后，它的正向壓降基本保持不變（硅管為0.7V，鍺管為0.3V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內。
4、繼流二極管
在開(kāi)關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用。
5、檢波二極管
在收音機中起檢波作用。
6、變容二極管
使用于電視機的高頻頭中。
聯(lián)系客服
