二极管的识别与检测

二极管类型繁多，用途十分广泛。在选用前必须进行管脚和极性的鉴别，以确保电路的正常运行。

1．1．1 任务目标

(1)熟悉二极管的结构和分类。

(2)熟悉二极管的伏安特性及主要参数。

(3)掌握二极管的检测方法。

1．1．2 基础知识

1．1．2．1 半导体的基本知识

物质根据导电能力(电阻率)的不同，可划分为导体、绝缘体和半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间的物质，称为半导体。现代多数电子元器件都是由半导体材料制造的。在电子元器件中，常用的半导体材料有硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓(Ga As)等。

化学成分纯净的半导体称为纯净半导体或本征半导体，它在物理结构上呈单晶体形态，其导电能力很弱。在半导体中存在两种运载电荷的粒子，一种是带负电的“自由电子”，另一种是带正电的“空穴”，它们统称为载流子。在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的本征半导体就称为掺杂半导体。

在纯净半导体中掺入五价杂质可形成N型半导体。N型半导体主要靠自由电子导电，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子，故又称为电子型半导体。在纯净半导体中掺入三价杂质可形成P型半导体。P型半导体主要靠空穴导电，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子，故又称为空穴型半导体。

采用一定的生产工艺，使P型半导体和N型半导体结合，在它们的交界面附近就成一个很薄的空间电荷区，称为PN结。

在PN结两端外加电压，若使PN结的P区电位高于N区电位，称为加正向电压或正向偏置，简称正偏; 若使PN结的P区电位低于N区电位，称为加反向电压或反向偏置，简称反偏。当PN结正偏时，对外呈现低电阻状态，具有较大的正向电流; 当PN结反偏时，对外呈现高阻状态，具有很小的反向电流。这种特性称为PN结的单向导电性。

1．1．2．2 二极管的结构及符号

在PN结上加上引线和外壳，就成为一个二极管，其结构及部分外形如图1-1-1(a)所示。由P型半导体一侧引出的电极称为阳极或正极，由N型半导体一侧引出的电极称为阴极或负极。二极管在电路中的符号如图1-1-1(b)所示，电路符号中三角形底边一端为正极，另一端为负极，箭头指向正向导通时的电流方向。

图1-1-1 二极管的结构及符号

1．1．2．3 二极管的分类

二极管按用途分为开关、稳压、整流、检波、混频、光电、发光、变容、阻尼等二极管; 按结构又分为面接触型和点接触型二极管; 按工作原理分为隧道二极管、变容二极管、雪崩二极管等; 按制作材料又可分为硅二极管和锗二极管，硅管正向导通电压为0．5～0．7V，锗管为0．2V左右。

1．1．2．4 二极管外形及符号

利用PN结的单向导电性，制造一种半导体器件——半导体二极管。半导体二极管又称晶体二极管。它是由管芯(主要是PN结)，从P区和N区分别焊出的两条正负电极引线以及将它们封装起来的外壳组成的。

部分半导体分立器件实物如图1-1-2所示。

图1-1-2 常见二极管的外形及符号

1．1．2．5 二极管的伏安特性

在二极管的正极和负极两端加上不同极性和不同数值的电压，同时测量流过二极管的电流值，就得到二极管的伏安特性。描述伏安特性关系的曲线即为二极管的伏安特性曲线。利用晶体管图示仪能方便地测出二极管的伏安特性曲线，如图1-1-3所示。

图1-1-3 二极管的伏安特性曲线

(1)正向特性(纵轴右侧) 表示二极管加正向电压时，该电压与流过二极管电流之间的关系。正向特性分为两个区:

①死区(OA段): 当正向电压较小时，二极管的正向电阻很大，正向电流几乎为0，称为死区。死区电压: 硅管约为0．5V，锗管约为0．2V。

②正向导通区(AB段): 当正向电压超过死区电压时，二极管正向电阻变得很小，正向电流迅速增大，二极管正向导通。正向导通后，二极管有很小的管压降: 硅管0．6～0．7V，锗管0．2～0．3V。

(2)反向特性(纵轴左侧) 表示给二极管加反向电压时，该电压与流过二极管电流之间的关系。反向特性也分两个区:

①反向截止区(OC段): 当反向电压在一定数值范围内时，二极管反向电阻很大，反向电流很小，可以认为二极管反向截止。此时的反向电流称为反向饱和电流。在实际使用中，反向饱和电流值越小，二极管的单向导电性越好。

②反向击穿区(CD段): 当反向电压增到一定数值时(图中C点)，反向电流急剧增大，这种现象叫反向击穿。C点对应的电压就叫反向击穿电压UBR。击穿后因电流过大会将管子损坏，因此除稳压二极管外，普通二极管不允许出现反向击穿现象。

从二极管的伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流呈非线性关系，其内阻不是常数，所以二极管是非线性器件。

1．1．2．6 二极管的主要参数

(1)最大整流电流IF

指二极管在正常工作时允许通过的最大正向平均电流。不同型号二极管的最大整流电流差异相当大，当实际工作电流超过IF时，二极管容易因过热而损坏。

(2)最大反向工作电压URM

指为了保护二极管不被击穿而规定的最高反向电压。在实际电路中，最高反向电压为反向击穿电压的1/2～1/3。

(3)反向饱和电流IR

又称反向漏电流，指二极管加反向电压而未进入击穿区的反向电流。反向饱和电流越小，二极管的导电性能越好。

(4)最高工作频率f M

二极管的PN结存在结电容，当工作频率较高时结电容充放电将加剧，从而影响二极管的单向导电性; f M是保证管子正常工作的最高工作频率。

1．1．2．7 国产半导体二极管器件型号命名法

国家标准国产二极管的型号命名分为五个部分，各部分的含义见表1-1-1。

第一部分用数字“2”表示主称为二极管。

第二部分用字母表示二极管的材料与极性。

第三部分用字母表示二极管的类别。

第四部分用数字表示序号。

第五部分用字母表示二极管的规格号。

二极管举例命名如表1-1-2。

表1-1-1 国家标准国产二极管的型号命名

表1-1-2 二极管命名举例

1．1．3 操作指导

1．1．3．1 二极管的使用注意事项

(1)切勿使电压、电流值超过规定的极限运用数据，以免烧坏管子。

(2)允许用25～75W的电烙铁进行焊接，焊接时间小于5s，并保证焊接部分与管壳间散热良好(可用一个平口钳或镊子夹住被焊端附近，以便散热)。

(3)管子应安装牢固，避免靠近电路中的发热元器件。

(4)管子引出线的弯曲部位离管壳的距离不得小于5mm。

(5)二极管应按极性接入电路中，要注意稳压二极管的负极要接电源的正极，其正极接电源的负极。

1．1．3．2 二极管的质量检测

二极管的质量检测有以下4种操作。

操作1 用万用表的电阻挡测量二极管的正反向电阻。

选用万用表欧姆挡R×100或R×1k挡，如图1-1-4所示，万用表的红表笔接二极管的负极，黑表笔接二极管的正极，此时万用表显示的是正向电阻，阻值较小，一般在几百欧至几千欧; 当万用表的红黑表笔调换位置时，测得的阻值是反向电阻，阻值很大，一般在几百千欧以上。正反向电阻值相差越大越好。若两次测的阻值都很大，说明二极管开路。若两次测的阻值都很小，说明二极管短路。

图1-1-4 二极管正反向电阻的测量

操作2 用万用表的直流电压挡测量二极管的导通电压。

万用表的红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的电压值为0．5～0．7V(硅二极管的导通电压)或0．2V左右(锗二极管的导通电压)。

操作3 二极管极性判别。

使用万用表欧姆挡测二极管时，如测得两极间电阻为小阻值时，则此时万用表的黑表笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极。

操作4 用图示仪测量二极管的正向特性。

用JT1型晶体管特性图示仪可以方便地测量二极管的正向特性，得到伏安特性曲线。

1．1．4 技能拓展

光电开关的检测

光电开关又称光电耦合器，常用于计算机电路及其他控制电路上; 可以代替继电器、变压器等承担起隔离、开关、数据转换、过流保护、高压控制、电平匹配等重要功能。

光电开关的检测如图1-1-5所示。

图1-1-5 光电开关的检测

(1)发射管的检测。将万用表置于R×1k挡，测量方法类似于一般二极管，发射管测得正向电阻值约为30kΩ，反向电阻为∞。

(2)接收管的检测。将万用表置于R×10k挡，红表笔接E，黑表笔接C，电阻值应越大越好，接收管测得阻值约为50kΩ。

(3)发射管与接收管隔离性能的检测。将万用表置于R×10k挡，测量发射管与接收管之间的绝缘电阻。

(4)检测灵敏度。如图1-1-5所示，测试时，上下移动遮光黑纸片，表中指针应有明显摆动，摆动幅度越大，被检测的光电开关灵敏度越高。

1．1．5 技能实训

二极管的识别与检测

1．1．5．1 实训目的

(1)掌握普通二极管的识别与简易检测方法。

(2)掌握专用二极管的识别与简易检测方法。

1．1．5．2 实训器材

二极管的识别与检测的实训器材如表1-1-3。

表1-1-3 实训器材

1．1．5．3 知识准备

1．普通单色二极管的检测

(1)正向导通电压中1．5～2．5V，外加电压越大越亮。注意实际电压不能使LED超过其最大工作电流。

(2)检测时，要用R×10k挡(因内电池电压为9V)，方法同普通二极管，只是正向电阻大得多，甚至测量时还微微发光。

2．稳压二极管的检测

(1)工作在反向击穿区，具有稳压作用，检测方法同普通二极管。

(2)不同处: 用R×1k挡测反向电阻很大，而换用R×10k挡测反向电阻减小很多，则为稳压二极管。若换挡电阻基本不变，说明是普通二极管。

原因: R×10k挡内部电池的电压一般都在9V以上，若稳压二极管反向击穿电压低于9 V，则因反向击穿使电阻减小很多。而普通二极管反向击穿电压比稳压管大得多，不会击穿，所测得阻值将不会相差悬殊。

注意: 当被测稳压二极管的稳压值高于万用表R×10k挡的电压值时，用这种方法是无法进行区分鉴别的。

3．普通光电二极管的检测

(1)光电二极管工作在反向偏置状态，是一种将光能转换为电能的特殊二极管。

(2)无光照时，光电二极管与普通管一样，反向电流小，反向电阻大(几十兆欧以上); 有光照时，反向电流明显增加，反向电阻明显减小(几千欧至几十千欧)，反向电流与光照成正比。检测时有无光照电阻相差很大。检测结果相差不大说明已坏或不是光电二极管。

1．1．5．4 实训步骤

1．普通二极管的识别与检测

在表1-1-4中填好检测结果。

表1-1-4 用万用表测试普通二极管

注意: ①塑封白环一端为负极，玻璃封装黑环一端为负极。

②检测时两手不能同时接触两引脚，表置于R×1k挡，并欧姆挡调零。调零时间不能太长。

③读数要用平面镜成像规律。

2．专用二极管的识别与检测

在表1-1-5中填好测量结果。

表1-1-5 用万用表测试专用二极管

注意: ①测试发光二极管，应用R×10k挡并调零。

②测稳压二极管时，用R×1k或R×10k，分别测反向电阻。如果稳压值大于9V就测不出来，另外查资料。

③测光电二极管时要遮住受光窗，接受光时，光线不能太强，否则会损坏二极管的。

3．清洁整理

实训结束，整理好本次实训器材、仪表，清理工作台，打扫实训室。

1．1．5．5 实训考核

二极管的识别与检测实训考核评价标准如表1-1-6。

表1-1-6 考核评价表

注: 各项配分扣完为止。

1．1．5．6 实训思考

(1)如何判断硅二极管、锗二极管?

(2)查资料，总结硅、锗二极管分别适合什么场合?

(3)查资料找出本次实训用二极管可替代的进口二极管管型、进口二极管可替代的国产管型。

(4)为什么在检测二极管的质量时，万用表欧姆挡的倍率不宜选R×1和R×10k?