3.5 晶体二极管
3.5.1 概述
晶体二极管（简称二极管）是晶体管的主要种类之一，应用十分广泛。它是采用半导体晶体材料（如硅、锗、砷化镓等）制成的。常见的二极管如图3.15所示。
图3.15 常见的二极管
晶体二极管是由一个PN结加上相应的电极引线和密封壳做成的半导体器件。它的主要特性是单向导电。
通常，晶体二极管按结构材料分锗二极管、硅二极管和砷化镓二极管等；按制作工艺分点接触型二极管和面接触型二极管；按功能用途分整流二极管、检波二极管、开关二极管、稳压二极管、变容二极管、双色二极管、发光二极管、光敏二极管、压敏二极管和磁敏二极管等。
图3.16 是常见二极管的符号。
3.5.2 晶体二极管的主要参数
一般常用的检波整流二极管有以下四个参数：
1.最大整流电流IDM
最大整流电流是指半波整流连续工作的情况下，为使PN结的温度不超过额定值（锗管约为80℃，硅管约为150℃），二极管中能允许通过的最大直流电流。因为电流流过二极管时就要发热，电流过大二极管就会过热而烧毁，所以应用二极管时要特别注意其最大电流不超过IDM值。
2.最大反向电压URM
最大反向电压是指不致引起二极管击穿的反向电压。工作电压的峰值不能超过URM，否则反向电流增长，整流特性变坏，甚至烧毁二极管。二极管的反向工作电压一般为击穿电压的1/2，而有些小容量二极管，其最高反向工作电压则定为反向击穿电压的2/3。晶体管的损坏，一般说来对电压比电流更为敏锐，也就是说，过电压更容易引起管子的损坏，故应用中一定要保证不超过最大反向工作电压。
3.最大反向电流IRM
在给定（规定）的反向偏压下，通过二极管的直流电流称为反向电流IS。理想情况下二极管是单向导电的，但实际上反向电压下总有一点微弱的电流。这一电流在反向击穿之前大致不变，故又称反向饱和电流。实际的二极管的反向电流往往随反向电压的增大而缓慢增大。在最大反向电压URM时，二极管中的反向电流就是最大反向电流IRM。通常在室温下IS硅管为1A或更小，锗管为几十微安至几百微安。反向电流的大小，反映了二极管单向导电性能的好坏，反向电流的数值越小越好。
4.最高工作频率FM
二极管按照材料、制造工艺和结构，其使用频率也不相同，有的可以工作在高频电路中，如2AP系列、2AK系列等。有的只能在低频电路中使用，如2CP系列、2CZ系列等。二极管保持原来良好工作特性的最高频率，称为最高工作频率。
3.5.3 晶体二极管的检测
根据PN结的单向导电性原理，最简单的方法是用万用表测其正、反向电阻。对于小功率锗管，用MF47型万用表R×1k挡测其正向电阻一般为100Ω到3kΩ之间，硅管一般在3kΩ以上。反向电阻一般都在几百千欧以上，且硅管比锗管大。由于二极管的伏安特性的非线性，测量时用不同的欧姆挡或灵敏度不同的万用表所得的数据不同。所以，测量时，对于小功率二极管一般选用R×100或R×1k挡，中、大功率二极管一般选用R×1挡或R×10Ω挡。如果测得正向电阻为无穷大，说明二极管内部开路；如果反向电阻值近似为零，说明管子内部短路；如果测得正反向电阻相差不多，说明管子性能差或失效。
若用数字万用表的二极管挡测试二极管：将数字万用表置在二极管挡，然后将二极管的负极与数字万用表的黑表笔相接，正极与红表笔相接，此时显示屏上显示的是二极管正向电压降。不同材料的二极管，其正向电压降不同：硅材料二极管为0.5V～0.7V，锗材料二极管为0.1V～0.3V。若显示的值过小，接近于“0”，说明管子以短路；若显示“OL”或“1”过载，说明二极管内部开路或处于反向状态，此时可对调表笔再测。
二极管的管脚有正负之分。在电路符号中，三角底边一侧为正，短杠一侧为负极。实物中，有的将器件符号印在二极管的实体上；有的在二极管负极一端印上一道色环作为负极标号；有的二极管两端形状不同，平头一端为正极，圆头一端为负极。二极管如用万用表进行管脚识别和检测，将万用表置于R×1k挡，两表笔分别接到二极管的两端，如果测得的电阻值较小，则为二极管的正向电阻，这时与黑表笔（即表内电池正极）相连接的是二极管正极，与红表笔相连接的是二极管的负极。若用数字万用表识别：测得正向管压降值小的那一次，红表笔（即表内电池正极）相连接的是二极管正极，与黑表笔相连接的是二极管的负极。
3.5.4 稳压二极管
稳压二极管是一种齐纳二极管，当稳压二极管反向击穿时，其二端电压固定在某一数值，而基本上不随流过二极管的电流大小变化。稳压二极管的正向特性与普通二极管相似。反向电压小于击穿电压时，反向电流很小，反向电压临近击穿电压时反向电流急剧增大，发生电击穿。这时电流在很大范围内改变时，管子两端电压基本保持不变，起到稳定电压的作用。稳压二极管的器件符号如图3.16（b）所示。必须注意的是，稳压二极管在电路上应用时一定要串联限流电阻，不能让二极管击穿后电流无限增长，否则将立即被烧毁。稳压二极管的最大工作电流是受稳压管最大耗散功率所限制。最大耗散功率指电流增长到最大工作电流时，管子散发出的热量使管子损坏的功率。所以最大工作电流就是稳压管工作时允许通过的最大电流。
用万用表检测稳压二极管时，一般使用万用表的低电阻挡（×1kΩ以下表内电池为1.5V），表内提供的电压不足以使稳压二极管击穿，因而使用低电阻挡测量稳压二极管正反向电阻时，其阻值应和普通二极管一样。测量稳压值，必须使管子进入反向击穿状态，所以电源电压要大于被测管的稳压电压。使用稳压管时要注意稳压管上标注的正、负极。正极应接电源负极，稳压管的负极应接电源的正极，因为稳压管是工作在反向电压状态的。
3.5.5 发光二极管（LED）
发光二极管是采用磷化镓（GaP）或磷砷化镓（GaAsP）等半导体材料制成的，以直接将电能转变为光能的发光器件。发光二极管与普通二极管一样也由PN结构成，也具有单向导电性，但发光管不是用它的单向导电性，而是让它发光作指示（显示）器件。发光二极管可按制造材料、发光色别、封装形式和外形分成许多种类。现在比较常用的是圆形、方形及矩形有色透明型和散射型发光管，发光颜色以红、绿、黄、橙等单色型为主，也有一些能发出三种色光的发光管，这其实是将两种不同颜色的发光管封装于同一壳体内而制成的。发光二极管应用极为广泛，其中最常见的是在各种电子和电器装置中取代白炽灯等光源而作为指示灯。
检测发光二极管的正、负极及性能如何，前述检测普通二极管好坏的方法，原则上也适用。对非低压型发光二极管，由于其正向导通电压大于1.8V，而指针式万用表大多用1.5 V电池（R×10k挡除外），所以无法使管子导通，测量其正反向电阻均很大，难以判断管子的好坏。一般可以使用以下几种方法判断发光二极管的正负极和性能好坏。
（1）一般发光二极管的两管脚中，较长的是正极，较短的是负极。对于透明或半透明塑封的发光二极管，可以用肉眼观察到它的内部电极的形状，正极的内电极较小，负极的内电极较大。
（2）用指针式万用表检测发光二极管时，必须使用R×10k挡。因为发光二极管的管压降为1.8V～2.5V左右，而指针式万用表的其他挡位的表内电池仅为1.5V，低于管压降，无论正向、反向接入，发光二极管都不可能导通，也就无法检测。R×10k挡表内接9V或15V高压电池，高于管压降，所以可以用来检测发光二极管。此时判断发光二极管好坏与正负极的方法与使用万用表检测普通二极管相同。检测时，万用表黑表笔接LED的正极，红表笔接LED的负极，测其正向电阻。这时表针应偏转过半，同时LED中有一微弱的发光亮点。反方向时，LED无发光亮点。
（3）用数字式万用表检测发光二极管时，必须使用二极管检测挡。检测时，数字万用表的红表笔接LED的正极，黑表笔接LED的负极，这时显示的值是发光二极管的正向管压降，同时LED中有一微弱的发光亮点。反方向检测时，显示为“1”过载，LED无发光亮点。
（4）万用表外接一节1.5V电池测量法（略）
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