1.3 晶体二极管

随着科学技术的日益发展，电子技术已深入生产和生活的各个方面。各种电子电路、实验、课题都离不开二极管、三极管等基本电子元器件。晶体二极管、三极管统称晶体管，因为它们是由半导体材料制成，所以又称为半导体器件。

1.3.1 晶体二极管结构及其单向导电性

1.二极管结构

晶体二极管（Crystal Diode）又叫半导体二极管，它是在一块半导体材料中用扩散法或烧结法制成两种类型半导体区——P型半导体和N型半导体，在两种半导体结合面处形成一个PN结，如图1.14（a）所示，这个PN结具有单向导电（Unilateral Conduction）能力。P型半导体区引出一个极称为正极【阳极】（Anode），N 型半导体区引出一个极称为负极【阴极】（Cathode），其符号如图1.14（b）所示。

图1.15 为几种半导体二极管外形。图1.15（a）是玻璃封装的锗二极管或某些小电流硅二极管（Silicon Diode），图1.15（b）是螺栓式大功率二极管，图1.15（c）是几百安以上的平板压接大功率二极管。为了使运行中的二极管温度不要太高，螺栓式二极管还加散热器，平板压接大功率二极管用通入冷水的办法冷却。

2.二极管的单向导电性

半导体二极管具有单向导电性，即电流可以由二极管正极流向负极，而不能从负极流向正极。

当二极管正极电位比负极电位高时，二极管处于正偏，流过二极管的电流较大，此时二极管相当于开关闭合，称为二极管导通。如图1.16（a）所示，电流可以流通，灯泡亮，二极管的正向压降小，它在电路中相当于一个合上的开关。

当二极管正极电位比负极电位低时，二极管处于反偏，流过二极管的电流几乎为 0，此时二极管相当于开关断开，称为二极管截止。如图1.16（b）所示，二极管加上了反向电压，电流流不通，灯泡不亮，它在电路中的作用相当于一个打开的开关。

二极管根据半导体材料不同，可分为硅二极管（Germanium Diode）和锗二极管（Silicon Diode）。硅二极管通过电流能力强，可通过大电流，但是导通时的正向压降 UD也较大，一般为0.7V左右，硅二极管大多用于整流电路。锗二极管通过电流能力差，但导通时的正向压降较小，一般在0.3V左右。锗二极管一般用在收音机、电视机的检波电路中。

1.3.2 二极管整流电路

利用二极管的单向导电性把交流电变成直流电，此电路称为整流电路。整流电路较多，有的适用于大电流的三相整流电路，有的适用于小电流的单相整流电路等。

1.单相整流电路

单相整流电路如图1.17（a）所示，T为变压器，VD为整流二极管。

输入信号为正半周时，二极管导通，忽略二极管的导通电压，则

输入信号为负半周时，二极管截止，RL上没有电流流过，输出电压为 0。在整个周期内，输出信号波形如图1.17（c）所示，由图可知负载上的电压是直流脉动电压。输出直流电压信号的波动性比较大，为减小输出信号的波动性，可在图1.17（a）所示虚线处加一个电解电容器（滤波电容器），构成滤波电路，从而得到较平滑的直流电压信号，滤波后输出电压波形如图1.17（c）虚线所示。

半波整流的相关参数如下。

（1）半波整流输出电压平均值UO=0.45U2，输出电流平均值IO=0.45U2/Rf2。

（2）流过整流二极管的平均电流等于输出电流平均值。

（3）输入信号负半周时，整流二极管反偏，整流二极管承受的反向电压最大值为。

若为电路增加滤波电容，则输出电压升高，升高的数值与负载电流大小及容量有关。如果按100mA负载电流选取600μF的电容器，则输出电压的平均值UO≈1.1U2，U2为变压器次级电压。增加滤波电容后，流过二极管的电流为脉冲电流，其反偏电压峰值可达到。

2.单相全波整流电路（Single-phase Fll-wave Rectifier Circuit）

单相全波整流电路如图1.18所示。输入信号正半周时，VD1导通、VD2截止，电流流过路径如图1.18（a）所示；输入信号负半周时，VD1截止、VD2导通，电流流过路径如图1.18 （b）所示。

由此可见，在整个周期内，两个二极管VD1、VD2轮流导通，次级绕阻分两部分轮流导通，流过负载的电流方向不变，其波形如图1.19所示。以知道，输出电压UO也是一个脉动直流电压。由图1.19可知输出直流电压信号的波动性比较大。减小输出信号的波动性，可在图1.18 所示虚线处加一个电解电容器（滤波电容器），构成滤波电路，滤波后的输出电压波形如图1.19中虚线所示。

单相全波整流电路的相关参数如下。

（1）全波整流输出电压平均值UO=0.9U2，输出电流平均值IO=0.9U2/Rf2。

（2）整流二极管只工作半个周期，故流过整流二极管的平均电流等于输出电流平均值的一半。

（3）整流二极管承受的反向电压最大值为。

若滤波电容选取合适，则输出电压的平均值 UO≈1.2U2。增加滤波电容后，流过二极管的电流为脉冲电流，选择整流二极管时，其最大正向整流电流要大于平均电流。

1.3.3 半导体二极管的两个主要参数

1.最大整流电流

二极管最大整流电流（Maximum Rectified Current）称作为额定工作电流，是指二极管长期使用时，允许流过二极管的最大平均电流。使用时不允许超过这个数值，否则二极管很容易被烧坏。

2.最高反向工作电压

二极管最高反向工作电压（Maximu Reverse Operating Voltage）称为额定反向工作电压。当二极管工作于反偏状态时，所加反向电压不能太高，太高了二极管会击穿损坏。二极管反向击穿的电压叫反向击穿电压，最高反向工作电压通常指二极管反向击穿电压的一半。

1.3.4 二极管的简易测试

使用二极管要注意其极性。极性接错了一方面导致电路不能正常工作，另一方面还可能烧坏设备和管子。另外，一个质量差的二极管接到电路中，也会导致电路无法工作。因此，在使用二极管前，一方面要判断二极管的正负极，另一方面要检测二极管的好坏。

1.二极管引脚的极性判断

一般二极管上均有正、负极标志，若没有正、负标志，或标志不清晰，则可用万用表来判断。万用表欧姆挡有电池，电池的正极接黑表笔，负极接红表笔。将万用表切换到合适的欧姆挡，如图1.20（a）所示，若电表电池是作为反向电压加到二极管的两头，则二极管截止，二极管电阻较大；如图1.20（b）所示，若电表电池是作为正向电压加到二极管的两头，则二极管导通，二极管导通电阻很小，该万用表测得的是二极管正向导通电阻。测出电阻小的情况，黑表笔是二极管正极，红表笔是二极管负极。

2.二极管好坏的大概判断

图1.20（a）测出的是二极管的反向电阻。二极管反偏时，若反向漏电很小，则测出反向电阻大；若反向漏电大，则测出反向电阻小，二极管反向电阻越大越好。图1.20（b）测出的是二极管的正向导通直流电阻，正向导通电阻越小，二极管性能越好。不同管子的正反向阻值是不同的，一般锗管正向电阻为 100～1000Ω，反向电阻大于 200kΩ，都认为是好的。硅管正向电阻为 14Ω～10kΩ，反向电阻在 500kΩ 以上是好的。同一只二极管用不同型号万用表或同一型号万用表的不同电阻挡量程测出的阻值都是不同的。

例如，2CP类管子（硅管）用R×100挡测出正向电阻为600Ω，用R×1k挡测出正向电阻为5.5kΩ，都属正常。