二极管的正反向特性及应用

1.二极管的初步认识

半导体元器件诞生于20世纪50年代，它具有功能多、体积小、重量轻、寿命长、省电和工作可靠等优点，是目前电子产品中应用最广泛的电子器件。

（1）PN结 将P型和N型半导体进行有机的结合，在两者的结合面就会形成一个特殊的薄层，称为空间电荷区，即PN结。

PN结具有单向导电性。当PN结的P区为高电位，N区为低电位时，称为正向连接（正偏），此时PN结会形成较大的正向电流。相反，若PN结的N区为高电位，P区为低电位时，称为反向连接（反偏），此时PN结形成的反向电流极其微弱。

图2-11 二极管的结构及符号

（2）二极管的结构将 一个PN结封装在密封的管壳之中并引出两个电极，就构成了二极管。其中与P区相连的引脚为正极，与N区相连的引脚为负极。二极管的结构及符号如图2-11所示。

（3）二极管的命名方法 各国对二极管的命名规定不同，我国半导体器件的型号一般由五部分组成，各组成部分的符号及其含义见表2-8。

表2-8 我国半导体器件型号组成部分的符号及其含义

（4）二极管的种类

1）按用途可分为普通二极管、开关二极管、稳压二极管及发光二极管等。普通二极管（2AP1～2AP9、2CP1～2CP20）用于检波、鉴频、限幅；整流二极管（2CZ11～2CZ27）用于不同功率的整流；开关二极管（2AK1～2AK4）用于计算机、脉冲控制、开关电路；稳压二极管（2CW1～2CW10）用于稳压电路；发光二极管一般用做指示灯。

2）按PN结结构可分为点接触型和面接触型。点接触型的PN结接触面积小，结电容小，允许通过小电流，用于高频检波、检频、滤波等小电流电路；面接触型的PN结接触面积大，结电容比较大，允许通过大电流，多用在低频整流电路。

3）按材料不同可分为锗管和硅管。锗管的正向电阻很小，正向导通电压约为0.3V，用于小信号检波电路；硅管的反向漏电流比锗二极管小很多，但需要较高的正向电压（0.5～0.7V）才能导通，用于信号较强的电路。

4）按封装材料不同可分为玻璃管壳、塑料管壳和环氧树脂管壳等多种。

常见二极管的外形如图2-12所示。

图2-12 常见二极管的外形

2.二极管的特性

二极管的特性可以用伏安特性曲线表示。所谓伏安特性，是指加在二极管两端的电压U与流过二极管的电流I之间的关系，即I=f（U）。二极管是利用PN结的单向导电性制成的器件，其伏安特性曲线如图2-13所示（以2CP12和2AP9为例）。

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图2-13 二极管的伏安特性曲线

（1）正向特性在正向特性的起始部分，由于外加电压很小，外电场还不足以削弱内电场，多数载流子的扩散运动还不能得到加强，正向电流几乎为零。当正向电压超过某一数值后，内电场就被大为削弱，正向电流迅速增大。这个数值的电压称为二极管的门坎电压（又称为死区电压），一般硅管的门坎电压约为0.5V，锗管的门坎电压约为0.2V。

二极管一旦正向导通后，只要正向电压稍有变化，就会使正向电流变化较大，也就是说二极管的正向特性曲线很陡峭。因此，二极管正向导通时，管子上的正向压降不大，且变化很小，一般硅管为0.6～0.7V，锗管为0.3V左右。因此，在使用二极管时，如果外加电压较大，一般要在电路中串接限流电阻，以免产生过大的电流烧坏二极管。

（2）反向特性 从图2-13中曲线可以看出，在一定的反向电压范围内，反向电流变化不大，这是因为反向电流是少数载流子的漂移运动形成的。一定温度下，少子的数目是基本不变的，所以反向电流基本恒定，与反向电压的大小无关，故通常称其为反向饱和电流。

当反向电压增加到某一数值时，会使反向电流突然增大，这种现象称为反向击穿。二极管的反向击穿并不意味着器件完全损坏，二极管的击穿分为电击穿和热击穿。如果是电击穿，则外电场撤销后，器件能够恢复正常；如果是热击穿，则意味着器件损坏，不能再次使用。只要注意控制反向电流的数值，不使其过大，则当反向电压降低时，二极管的性能可能恢复正常。

从二极管的反向击穿特性区可以看出，在反向击穿区，电压基本上是稳定的，而电流变化却很大，即具有稳压特性，这时只要有效地防止二极管发生热击穿，二极管的危险区就会成为稳压管的工作区。稳压管就是依据这一理论制造出来的。

3.二极管的主要参数

（1）最大整流电流I_F 它是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向平均电流值，使用二极管时要注意最大电流不得超过此值。

（2）最大反向电压U_RM 它是指二极管在工作中能承受的最大反向电压值，U_RM一般小于反向击穿电压，而且选用管子时应以U_RM为准并留有裕量。过电压很容易引起管子的损坏，使用中一定要保证不超过最大反向工作电压。

（3）反向饱和电流I_S 它是指二极管未击穿时的反向电流值，在反向击穿前大致不变，通常在室温下硅管的I_S值为1_μA或更小，锗管的I_S值为几十微安至几百微安。该值越小，说明二极管的单向导电性越好，I_S会随着温度的升高而加大。

（4）最高工作频率f_M 它是指二极管能保持良好工作特性的最高工作频率，主要取决于PN结结电容的大小，典型的2AP系列二极管f_M<150MHz，而2CP系列f_M<50kHz。

图2-14 二极管管脚极性判别

4.二极管的极性判别和性能检测

（1）从外观判别二极管的极性 二极管的正、负极性一般都标注在其外壳上，有时会将二极管的图形直接画在其外壳上。两管脚若是轴向引出，则在二极管外壳上印有标记，有时在负端以色环（点）标志，用以区分正、负极；若二极管是同端引出，有的在负极处有明显的标记，有的带定位标。判别时，观察者面对管底，由定位销起，按顺时针方向，管脚依次为正极和负极；有的是塑料封装，判别时，观察者面对切角面，管脚向下，由左向右依次为正极、负极；还有的二极管管壳是透明玻璃管，可看到连接触丝的一端为正极。二极管管脚极性判别如图2-14所示。

（2）用万用表检测普通二极管的极性 用万用表检测二极管极性如图2-15所示，根据二极管正向电阻小、反向电阻大的特点，用万用表的R×100或R×1k档测量二极管的正、反向电阻，根据测量电阻小的那次的表笔接法，可判断出与黑表笔连接的是二极管的正极，与红表笔连接的是二极管的负极。

图2-15 用万用表检测二极管极性示意图

（3）万用表检测普通二极管的好坏 用万用表检测二极管的正、反向电阻时，如果两次测量的阻值都很小，说明二极管已经击穿；如果两次测量的阻值都很大，说明二极管内部已经断路；两次测量的阻值相差不大，说明二极管性能欠佳。在这些情况下，二极管就不能使用了。总之二极管应该正向电阻大、反向电阻小，否则不是性能良好的二极管。

此外，由于二极管是非线性器件，用不同倍率的电阻档或不同灵敏度的万用表进行测量时，所得数据是不同的，但是正、反向电阻间应相差几百倍，这一原则是不变的。