常见二极管及其应用：整流、稳压、变容

1.整流二极管

将交流电流整流成直流电流的二极管叫作整流二极管，它是面结合型的功率器件，因结电容大，故工作频率低。

通常，I_F＞1A的二极管采用金属壳封装，以利于散热；I_F＜1A的采用全塑料封装（见图2-6）。由于电子工艺技术不断提高，国外出现了不少较大功率的管子，也采用塑料封装形式。

图2-6 整流二极管的外形

注意：塑料封装的整流二极管用一条色带表示负极，大功率二极管带螺纹的一端为负极。

2.检波二极管

检波二极管是用于把叠加在高频载波上的低频信号检出来的器件，它具有较高的检波效率和良好的频率特性。其外形及结构如图2-7所示。

图2-7 检波二极管的外形及结构

3.开关二极管

在脉冲数字电路中，用于接通和关断电路的二极管叫作开关二极管，它的特点是反向恢复时间短，能满足高频和超高频应用的需要。

开关二极管有接触型、平面型和扩散台面型几种，一般I_F＜500mA的硅开关二极管，多采用全密封环氧树脂陶瓷片状封装（见图2-8），引脚较长的一端为正极。

4.稳压二极管

图2-8 全密封环氧树脂陶瓷片状封装的硅开关二极管

稳压二极管是由硅材料制成的面结合型晶体二极管，它利用PN结反向击穿时的电压基本上不随电流的变化而变化的特点，来达到稳压的目的。因为它能在电路中起稳压作用，故称为稳压二极管（简称稳压管）。常见稳压二极管及电路符号如图2-9所示。

图2-9 常见稳压二极管及电路符号

5.变容二极管

变容二极管是利用PN结的电容随外加偏压而变化这一特性制成的非线性电容元件，被广泛地用于参量放大器、电子调谐及倍频器等电路中。变容二极管主要通过结构设计及工艺等一系列途径来突出电容与电压的非线性关系，并提高Q值以适合应用。

变容二极管的结构与普通二极管相似，其电路符号如图2-10所示。

图2-10 变容二极管的电路符号

6.阶跃恢复二极管

阶跃恢复二极管是一种特殊的变容二极管，也称为电荷储存二极管，简称阶跃管，它具有高度非线性的电抗，应用于倍频器是其独有的特点，利用其反向恢复电流的快速突变中所包含的丰富谐波，可获得高效率的高次倍频，它是微波领域中优良的倍频元件。

阶跃管的特性建立在PN结杂质的特殊分布上。和变容二极管相似，阶跃管的电路符号如图2-11所示，它的直流伏安特性与一般PN结构相同。

图2-11 阶跃管的电路符号

阶跃管的特点是：当处于导通状态的二极管突然加上反向电压时，瞬间反向电流立即达到最值I_R，并维持一定的时间，然后又立即恢复到零。

7.双向触发二极管

双向触发二极管有硅NPN三层结构构成，是一个具有对称性的半导体二极管器件，可等效为基极开路、集电极与发射极堆成的NPN型晶体管，如图2-12所示。

双向触发二极管不论是正向还是反向，当输入电压小于转折电压时，管子不通，电流很小，一旦输入电压等于转折电压，管子导通，电流迅速上升，呈现负阻特性。

双向触发二极管的结构简单，价格低廉，常用来触发双向晶闸管，还可组成过电压保护等电路。

图2-12 双向触发二极管

8.发光二极管

半导体发光器件包括发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。发光二极管的外形如图2-13和图2-14所示。(www.xing528.com)

图2-13 普通发光二极管的外形

图2-14 片式发光二极管的外形

（1）工作原理 发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此，它具有一般PN结的正向导通特性、反向截止和击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压作用下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。

（2）主要特性

1）极限参数：

①允许功耗P_m：允许加于发光二极管两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。若超过此值，发光二极管发热、损坏。

②最大正向直流电流I_FM：允许施加在发光二极管上的最大的正向直流电流。若超过此值，可损坏二极管。

③最大反向电压U_RM：所允许施加在发光二极管两端的最大反向电压。若超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。

④工作环境t_opm：发光二极管可正常工作的环境温度范围称为工作环境。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。

2）电参数：

①峰值波长：某一个发光二极管所发出的光并非单一波长，该发光二极管所发出的光中某一波长λ₀的光强最大，该波长为峰值波长。

②发光强度：通常是指法线（对圆柱形发光二极管是指其轴线）方向上的发光强度。由于一般发光二极管的发光强度小，所以发光强度常用坎德拉（cd）作单位。

③光谱半宽度：它表示发光管的光谱纯度。

④半值角和视角：半值角是指发光强度值为轴向强度值1/2的方向与发光轴向（法向）的夹角，而半值角的2倍为视角（或称为半功率角）。

⑤正向工作电流I_F：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。

⑥正向工作电压U_F：参数表中给出的工作电压一般是在I_F=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压U_F在1.4～3V。在外界温度升高时，正向工作电压将下降。

（3）基本分类 发光二极管的分类如图2-15所示。

图2-15 发光二极管的分类

（4）基本应用 由于发光二极管的颜色、尺寸、形状、发光强度及透明情况等不同，所以使用发光二极管时应根据实际需要进行恰当选择。由于发光二极管具有最大正向电流I_FM、最大反向电压U_RM的限制，使用时，应保证不超过此值。为安全起见，实际电流I_F应在0.6I_FM以下；应让可能出现的反向电压U_R＜0.6U_RM。发光二极管被广泛用于各种电子仪器和电子设备中，可作为电源指示灯、电平指示或微光源之用。红外发光管常被用于电视机、录像机等的遥控器中。

1）利用高亮度或超高亮度发光二极管制作的微型手电电路如图2-16所示。图中电阻R为限流电阻，其值应保证电源电压最高时使发光二极管的电流小于最大允许电流I_FM。

图2-16 微型手电电路

2）图2-17a、b、c分别为直流电源、整流电源及交流电源指示电路。图2-17a中的R≈（E-U_F）/I_F；图2-17b中的R≈（1.4U-U_F）/I_F；图2-17c中的R≈U/I_F。式中，U为交流电压有效值。

图2-17 电源指示电路

3）单发光二极管电平指示电路。在放大器、振荡器或脉冲数字电路的输出端，可用发光二极管表示输出信号是否正常，如图2-18所示。R为限流电阻。只有当输出电压大于发光二极管的阈值电压时，发光二极管才可能发光。

4）单发光二极管作低压稳压管用。由于发光二极管正向导通后，电流随电压变化非常快，具有普通稳压管稳压特性。发光二极管的稳定电压在1.4～3V，应根据需要进行选择V_F，如图2-19所示。

图2-18 单发光二极管电平指示电路

图2-19 单发光二极管作低压稳压管

5）电平表电路。目前，在音响设备中大量使用发光二极管电平表电路。它是利用多只发光二极管指示输出信号电平的，即发光的发光二极管数量不同，则表示输出电平的变化。图2-20所示为由5只发光二极管构成的电平表电路。当输入信号电平很低时，全不发光。当输入信号电平不断增大时，首先LED1亮，再增大则LED2亮，继续增大则LED3亮……

图2-20 发光二极管电平表电路