二極管的判別及參數
1.簡(jiǎn)述
半導體是一種具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)，它不像導體一樣能夠完全導電，又不像絕緣體那樣不能導電，它介于兩者之間，所以稱(chēng)為半導體。半導體最重要的兩種元素是硅(讀“guī”)和鍺(讀“zhě”)。我們常聽(tīng)說(shuō)的美國硅谷，就是因為那里有好多家半導體廠(chǎng)商。
二極管應該算是半導體器件家族中的元老了。很久以前，人們熱衷于裝配一種礦石收音機來(lái)收聽(tīng)無(wú)線(xiàn)電廣播，這種礦石后來(lái)就被做成了晶體二極管。
二極管最明顯的性質(zhì)就是它的單向導電特性，就是說(shuō)
電流只能從一邊過(guò)去，卻不能從另一邊過(guò)來(lái)(從正極流向負極)。我們用萬(wàn)用表來(lái)對常見(jiàn)的1N4001型硅整流二極管進(jìn)行測量，紅表筆接二極管的負極，黑表筆接二極管的正極時(shí)，表針會(huì )動(dòng)，說(shuō)明它能夠導電；然后將黑表筆接二極管負極，紅表筆接二極管正極，這時(shí)萬(wàn)用表的表針根本不動(dòng)或者只偏轉一點(diǎn)點(diǎn)，說(shuō)明導電不良(萬(wàn)用表里面，黑表筆接的是內部電池的正極)。
常見(jiàn)的幾種二極管中有玻璃封裝的、塑料封裝的和金屬封裝的等幾種。像它的名字，二極管有兩個(gè)電極，并且分為正負極，一般把極性標示在二極管的外殼上。大多數用一個(gè)不同顏色的環(huán)來(lái)表示負極，有的直接標上“—”號。大功率二極管多采用金屬封裝，并且有個(gè)螺母以便固定在散熱器上。
2．半導體二極管的極性判別及選用
(1) 半導體二極管的極性判別
一般情況下，二極管有色點(diǎn)的一端為正極，如2AP1～2AP7，2AP11～2AP17等。如果是透明玻璃殼二極管，可直接看出極性，即內部連觸絲的一頭是正極，連半導體片的一頭是負極。塑封二極管有圓環(huán)標志的是負極，如IN4000系列。
無(wú)標記的二極管，則可用萬(wàn)用表
電阻擋來(lái)判別正、負極，萬(wàn)用表電阻擋示意圖見(jiàn)圖T304。
根據二極管正向電阻小，反向電阻大的特點(diǎn)，將萬(wàn)用表?yè)艿诫娮钃?一般用R×100或R×1k擋。不要用R×1或R×10k擋，因為R×1擋使用的
電流太大，容易燒壞管子，而R×10k擋使用的電壓太高，可能擊穿管子)。用表筆分別與二極管的兩極相接，測出兩個(gè)阻值。在所測得阻值較小的一次，與黑表筆相接的一端為二極管的正極。同理，在所測得較大阻值的一次，與黑表筆相接的一端為二極管的負極。如果測得的正、反向電阻均很小，說(shuō)明管子內部短路；若正、反向電阻均很大，則說(shuō)明管子內部開(kāi)路。在這兩種情況下，管子就不能使用了。
(2) 半導體二極管的選用
通常小功率鍺二極管的正向電阻值為300～500Ω，硅管為1kΩ或更大些。鍺管反向電阻為幾十千歐，硅管反向電阻在500kΩ以上(大功率二極管的數值要大得多)。正反向電阻差值越大越好。
點(diǎn)接觸二極管的工作頻率高，不能承受較高的電壓和通過(guò)較大的電流，多用于檢波、小電流整流或高頻開(kāi)關(guān)電路。面接觸二極管的工作電流和能承受的功率都較大，但適用的頻率較低，多用于整流、穩壓、低頻開(kāi)關(guān)電路等方面。
選用整流二極管時(shí)，既要考慮正向電壓，也要考慮反向飽和電流和最大反向電壓。選用檢波二極管時(shí)，要求工作頻率高，正向電阻小，以保證較高的工作效率，特性曲線(xiàn)要好，避免引起過(guò)大的失真。
3．半導體分立元器件命名方法
利用二極管單向導電的特性，常用二極管作整流器，把交流電變?yōu)橹绷麟?，即只讓交流電的正半?或負半周)通過(guò)，再用
電容器濾波形成平滑的直流。事實(shí)上好多電器的電源部分都是這樣的。二極管也用來(lái)做檢波器，把高頻信號中的有用信號“檢出來(lái)”，老式收音機中會(huì )有一個(gè)“檢波二極管”，一般用2AP9型鍺管。
二極管的類(lèi)型也有好幾種，對于
電子制作來(lái)說(shuō)，常常用到以下的二極管： 用于穩壓的穩壓二極管，用于數字電路的開(kāi)關(guān)二極管，用于調諧的變容二極管，以及光電二極管等，最?？匆?jiàn)的是發(fā)光二極管。
1．發(fā)光二極管
(1) 符號
(2) 發(fā)光二極管
發(fā)光二極管在日常生活電器中無(wú)處不在，它能夠發(fā)光，有紅色、綠色和黃色等，有直徑為3mm或5mm圓形的，也有規格為2×5mm長(cháng)方形的。與普通二極管一樣，發(fā)光二極管也是由半導體材料制成的，也具有單向導電的性質(zhì)，即只有極性正確才能發(fā)光。
發(fā)光二極管的發(fā)光顏色一般和它本身的顏色相同，但是近年來(lái)出現了透明的發(fā)光管，它也能發(fā)出紅黃綠等顏色的光，只有通電了才能知道。 辨別發(fā)光二極管正負極的方法，有實(shí)驗法和目測法。實(shí)驗法就是通電看看能不能發(fā)光，若不能就是極性接錯或是發(fā)光管損壞。
注意發(fā)光二極管是一種電流型器件，雖然在它的兩端直接接上3V的電壓后能夠發(fā)光，但容易損壞，在實(shí)際使用中一定要串接限流電阻，工作
電流根據型號不同一般為1mA到30mA。另外，由于發(fā)光二極管的導通電壓一般為1.7V以上，所以一節1.5V的電池不能點(diǎn)亮發(fā)光二極管。同樣，一般萬(wàn)用表的R×1擋到R×1k擋均不能測試發(fā)光二極管，而R×10k擋由于使用15V的電池，能把有的發(fā)光管點(diǎn)亮。
用眼睛來(lái)觀(guān)察發(fā)光二極管，可以發(fā)現內部的兩個(gè)電極一大一小。一般來(lái)說(shuō)，電極較小、個(gè)頭較矮的一個(gè)是發(fā)光二極管的正極，電極較大的一個(gè)是它的負極。若是新買(mǎi)來(lái)腳較長(cháng)的一個(gè)是正極。
(3) 發(fā)光二極管的伏安特性 發(fā)光二極管的伏安特性與普通二極管類(lèi)似，但它的正向壓降較大，并在正向壓降達到一定值時(shí)發(fā)光。發(fā)光顏色和構成PN結的材料有關(guān)，通常有紅、黃、綠、藍和紫等顏色。發(fā)光亮度近似和工作電流密度成正比，但摻雜ZnO和GaP的發(fā)光二極管，其發(fā)光亮度隨
電流密度的增加會(huì )很快趨向飽和。另外，隨結溫的升高，LED的發(fā)光亮度將會(huì )減弱。
由于發(fā)光二極管的響應時(shí)間(光信號對電信號的延遲時(shí)間)一般小于100ns，故直流信號、交流信號或脈沖信號均可作為它的驅動(dòng)信號。
國產(chǎn)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分別對應LED的材料為GaAsP，GaAsAl和GaP。×2表示發(fā)光顏色，×2取1~6時(shí)表示發(fā)光顏色為紅、橙、黃、綠、藍和復色，× 3表示封裝形式。× 4表示外形，取0 ~ 6各整數時(shí)，分別指發(fā)光二極管的外形為圓形、長(cháng)方形、符號形、三角形、正方形、組合形和特殊形。× 5 × 6為序號。
使用發(fā)光二極管時(shí)，若用電壓源驅動(dòng)，則應在電路中串接限流電阻，以防止LED中
電流過(guò)大而損壞。用交流信號驅動(dòng)時(shí)，為防止LED被反向擊穿，可在兩端反極性并連整流二極管。幾種紅色發(fā)光二極管的參數見(jiàn)表B313。
2．Z310半導體發(fā)光器件：LED數碼管
常用的LED數碼管如圖T310(a)所示。它是利用發(fā)光二極管的制造工藝，由7個(gè)條狀管芯 和一個(gè)點(diǎn)狀管芯的發(fā)光二極管制成。LED數碼管有兩種不同的結構形式，其等效電路分別如圖T311所示。各段發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起作為公共端，因此稱(chēng)為共陽(yáng)極數碼管。工作時(shí)應當將陽(yáng)極連電源正極，各驅動(dòng)輸入端通過(guò)限流電阻接相應的譯碼驅動(dòng)器的輸出。當譯碼驅動(dòng)器的輸出為低電平時(shí)，數碼管相應的段變亮。
LED數碼管各段發(fā)光二極管的伏安特性與普通二極管類(lèi)似，只是正向壓降稍大，在正向電流達到適當大小時(shí)就能發(fā)光。在一定范圍內，發(fā)光亮度和正向電流的大小近似成正比，但正向電流應小于允許的最大電流，并應留有適當的裕量，一般以不超過(guò)極限電流的70%為宜。因此，它的驅動(dòng)輸入端和譯碼電路或電壓源相連時(shí)，應當串接合適的限流電阻，以免損壞器件。
表B314列出了幾種數碼管的參數。
LED數碼管的大小規格很多，一般尺寸大的工作電壓也大，這是因為大尺寸數碼管的每一段可能是由幾個(gè)發(fā)光二極管串聯(lián)組成，稱(chēng)為導光柱型。國產(chǎn)LED數碼管的管腳排列規格很多，因此，使用時(shí)除查產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)外，主要采用實(shí)測的方法來(lái)確定各管腳的功能，下面以共陽(yáng)極數碼管為例來(lái)說(shuō)明。
先按圖T312準備好測試線(xiàn)路，把數碼管的左下角接地，再使A端逐個(gè)和其它管腳接觸。若A端和所有管腳都已接觸過(guò)，而數碼管各段全不亮，則左下角管腳即為陽(yáng)極或空腳(設數碼管是好的)。若A端接觸管腳時(shí)數碼管上某段變亮，則A端接觸的管腳為陽(yáng)極。然后使A和陽(yáng)極連好，用地線(xiàn)分別接觸陽(yáng)極以外的各管腳，相應的段就會(huì )變亮，從而可確定管腳和顯示段間的對應關(guān)系。
3．Z312半導體光敏器件：光敏二極管
光敏二極管又稱(chēng)光電二極管，目前使用最多的是光電二極管。它有四種類(lèi)型：PN結型，PIN結型，雪崩型和肖特基結型。以下簡(jiǎn)介PN結型光敏二極管。
PN結型光敏二極管同普通二極管一樣，也是PN結構造，只是結面積較大，結深較淺，管殼上有光窗，從而使人射光容易注入PN結的耗盡區中進(jìn)行光電轉換，大的結面積增加了有效光面積，提高了光電轉換效率。
在無(wú)光照射時(shí)，光敏二極管的伏安特性和普通二極管一樣，此時(shí)的反向飽和電流叫暗電流，一般在幾微安到幾百微安之間，其值隨反向偏壓的增大和環(huán)境溫度的升高而增大。在檢測弱光電信號時(shí)，必須考慮用暗電流小的管子。
在有光照時(shí)，光敏二極管在一定的反偏電壓范圍內(UR≥5V)，其反向電流將隨光照強度(10-3～103 lx范圍內)的增加而線(xiàn)性增加，這時(shí)的反向電流又叫光電流。因此，對應一定的光照強度，光敏二極管相當于一個(gè)恒流源。在有光照而無(wú)外加電壓時(shí)，光敏二極管相當于一個(gè)電池，P區為正，N區為負。
光敏二極管有一定光譜響應范圍，并對某波長(cháng)的光有最高的響應靈敏度(峰值波長(cháng))。因此，為獲取最大的光電流，應選擇光譜響應特性符合待測光譜的光敏二極管，同時(shí)加大照度和調整入射的角度。
光敏二極管的響應時(shí)間，一般小于幾百微秒，主要取決于結電容和外部電路電阻的乘積。表B316列出了幾種光敏二極管的參數，其中靈敏度指輸入給定波長(cháng)的單位功率時(shí)，光敏二極管能輸出的光電流值。
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