测试二极管

【任务目标】

（1）了解二极管的组成和分类；

（2）掌握二极管的特性及参数；

（3）了解稳压二极管的工作原理；

（4）掌握判别二极管好坏的方法。

一、二极管的基本知识

1.PN结的形成及其特性

在P型半导体上采用一定的工艺，生成N型半导体，于是在P型半导体与N型半导体连接处便产生一个交结区，在这个交结区，P型半导体一侧带负电，N型半导体一侧带正电，从而在其交接面就形成了空间电荷区，称为PN结，如图1－2所示。

图1－2 PN结

PN结最基本的特性是单向导电，根本原因是PN结中形成了阻挡层。阻挡层在外加电压的作用下，使通过PN结的电流向单一方向流动。

2.二极管的电路图形符号

（1）在PN结的P区和N区各接一个电极，再进行外壳封装并印上标记，就制成了一只二极管。如图1－3所示是几种常见的二极管外形，都是由电极 （引脚）和主体部分构成。主体内部就是一个PN结，一般只能看到PN结封装后的外形。

图1－3几种常见的二极管外形

二极管的两个电极分别称为阳极 （也叫正极）和阴极 （也叫负极）。阳极从P区引出，阴极从N区引出。从二极管的外形看，可初步分辨出二极管的阳极和阴极。对于圆锥形二极管来说，锥端表示阴极，圆面端表示阳极，形象地表现了PN结正向电流的方向。对于圆柱形二极管来说，常在外表一端用色环或色点表示阴极 （负极），没有标记的一端就是阳极（正极）。对于球冠形二极管来说，在阴极 （负极）旁常用黑点标记。对于无色标，但两引脚一长一短的二极管来说，长脚表示阳极 （正极），短脚表示阴极 （负极）。后面还要介绍用万用表判断二极管电极的方法。

（2）二极管在电路中的图形符号。二极管的种类与用途较多，为了在绘制电路图时便于描述，人为地规定了二极管的图形符号。对不同种类的二极管，规定了不同的图形符号，如图1－4所示 （按国家标准GB4728《电气图形用图形符号》规定）。

图1－4 二极管图形符号

普通二极管的图形符号，以短竖线表示PN结N区，三角形表示P区，两者接触的一点表示PN结，长线右端表示二极管阴极 （负极），长线左端表示二极管阳极 （正极）。稳压二极管的图形符号是用折线表示PN结的N区；变容二极管的图形符号是在普通二极管符号旁加一个小电容符号；发光或发射二极管的图形符号是在普通二极管旁加两个指向外侧的小箭头，表示发光或发射；接收二极管图形符号是在普通二极管旁加两个指向内侧的小箭头，表示接收外来光源。

3.二极管的特性

二极管由PN结构成，要了解二极管的特性，就要分析PN结的特性。通过对PN结特性的分析，可知当PN结加正向电压 （P区的电位高于N区的电位）时能导通电流；当PN结加反向电压 （N区的电位高于P区的电位）时就难以导通电流，表明PN结具有单向导电的特性。

二极管伏安特性如图1－5所示。

图1－5 二极管伏安特性

（a）正向特性；（b）反向特性；（c）伏安特性曲线

由以上可知二极管具有单向导电特性，研究二极管伏安特性就是观察当二极管两端加上电压时，流过二极管电流的情况。如图1－5（a）、（b）所示是研究二极管伏安特性的电路。图中RP是电位器，改变RP就可以改变二极管两端电压，R是限流电阻，起到保护二极管的作用。二极管的伏安特性包括两个方面，一是正向特性，二是反向特性。

（1）正向特性。调节如图1－5（a）所示电路中的RP，当二极管两端正向电压低于0.5V时，二极管几乎不导通，电流为零，电压从0.5V逐渐增大，电流也随之增大，当电压达到0.7V时电流增加速度明显加快。继续调节RP，二极管两端电压基本不再变化，但电流却迅速增大。经过定量测量得出正向伏安特性曲线。

（2）反向特性。给二极管加反向电压，调节如图1－5（b）所示电路中的RP，使反向电压从零逐渐增大，开始时流过二极管的电流几乎为零，当反向电压增大到某一值时 （如图1－5（c）所示，设为215V），流过二极管的反向电流迅速增大，此时二极管处于反向击穿状态。经定量测量得出反向伏安特性曲线。

由以上可知，当二极管加正向电压超过0.5V时，二极管开始导通，达到0.7V时（硅管），二极管正向电压基本不再变化，将这一电压 （约0.7V）称为二极管的正向导通压降。若二极管是由锗材料制成的，则称为锗二极管的正向导通压降 （一般为0.2～0.3V）。当二极管加反向电压时，电压从零到某一值以前，二极管几乎无电流通过，当达到某一值时电流突然增大，这就表明二极管反向击穿了，流过的电流为反向电流，此时的电压值称为击穿电压。

【结论】二极管加正向电压 （硅管大于0.5V；锗管大于0.2V）时，二极管导通，导通压降为0.7V（硅管0.7V；锗管0.3V）。当二极管导通时，有电流流过二极管；当给二极管加反向电压 （未超过击穿电压）时，二极管截止。当二极管截止时，没有电流流过二极管。

4.二极管的分类

二极管的类型可根据其应用于电路的工作性质来区分，包括整流二极管、稳压二极管、开关二极管、检波二极管等多种用途不同的二极管。下面介绍实验中应用的两种二极管。

1）整流二极管

整流二极管的功能就是PN结单向导电特性的应用。为了满足负载对电流的需要，当电路中流经足够的电流时二极管应不受损坏，而且当电路中出现反向电压时二极管应不导通反向电流。满足上述要求的二极管，就可以称为整流二极管。由于电路工作频率不同，整流二极管还有普通整流管和快恢复整流管之分，在选择整流二极管时不可忽视二极管的恢复时间。

2）稳压二极管

稳压二极管应用了PN结的反向击穿特性。当稳压管中的PN结反向击穿时，反向电流最大，且PN结两端的反向电压是稳定的；当反向电压消失后，PN结不会损坏。因其有稳压的特点，故称为稳压二极管。稳压二极管工作在反向击穿状态。

5.二极管的主要参数

1）整流二极管的主要参数

①最大整流电流IDM。

最大整流电流是指在保证二极管长期正常工作的前提下，允许流过二极管的最大电流，不同型号的二极管有不同的最大整流电流值。该参数可通过查阅 《二极管参数手册》获得。

②最高反向工作电压URM。

最高反向工作电压是指整流二极管在工作过程中，所能承受的最高反向电压。不同电路在不同时刻的反向电压大小不同，若二极管能够承受电路中交流电负半周的反向电压，就能长期正常工作，否则就会被击穿。整流二极管被反向电压击穿后，就会损坏。不同型号的二极管的最高反向工作电压URM的值是不同的。如表1－1所示为部分常用整流二极管的主要参数，如表1－2所示为常见国外稳压二极管主要参数及国产型号代换表。

2）稳压二极管的主要参数

①稳定电压UZ。

当稳压二极管被击穿时，二极管上保持的反向电压值称为稳压二极管的稳定电压。

②稳定电流IZ。

稳压二极管在正常工作状态下能承受的反向击穿电流称为稳压电流。

③最大工作电流IZM。

稳压二极管在正常工作状态下能承受的最大反向击穿电流称为最大工作电流。超出此电流稳压二极管就会损坏。

④允许耗散功率P。

允许耗散功率约等于稳定电流与稳定电压的乘积，即P≈IZ×UZ。在选择稳压二极管时，允许耗散功率可由此式估算。

表1－1 部分常用硅整流二极管主要参数

表1－2 常见国外稳压二极管主要参数及国产型号代换表

续表

6.二极管的常见故障

（1）击穿故障，即二极管短路。常表现为正反向电阻都为0，此时二极管失去了单向导电能力。二极管击穿一般是因为二极管承受的反向电压超过URM。

（2）开路故障，二极管开路故障的发生原因可归纳为电性能和机械两方面。在电性能方面，开路故障是由于流过二极管的电流过大，导致PN结烧断；机械方面，开路故障是由于受潮锈断或机械振动使PN结内部与电极断开。二极管出现开路故障后，正反向电阻都为无穷大，可通过测量来辨别。

（3）二极管变质故障，是一种介于短路与开路之间的情形。这种故障多表现在正反向电阻的阻值上，即二极管的正向电阻过大，而反向电阻偏小，失去了单向导电作用，不能继续使用，必须更换。

7.二极管的判别

二极管具有动态电阻特性，正向导通时电阻很小，反向截止时电阻很大。根据这一特点，可以用万用表测量二极管正、反向电阻值，然后以此为依据判别二极管好坏。具体测量方法如图1－6所示。

图1－6 二极管正反向电阻的检测

对几只不同型号的二极管分别测量其正、反向电阻，以便熟练掌握测量操作，并熟悉各种二极管正、反向电阻的特点。

通过对二极管正、反向电阻的测量，可知正常的硅二极管的正向电阻约为5kΩ，反向电阻为无穷大。这一突出特点，是用万用表判别二极管好坏的依据。

【提示】锗材料二极管如2AP9、2AP30、2AN1等，其正向电阻正常值约为1kΩ，反向电阻正常值约为500kΩ。

要指出，测量时所用万用表不同，测出二极管正反向电阻值也不同；测量时万用表的倍率挡不同，测出的结果也不一样。一般来讲，无论何种型号或材料的二极管，其正向电阻越小，同时反向电阻越大，其质量就越好。这是通过正、反向电阻判断二极管好坏的依据。