认识特殊类型的二极管

知识储备

图1.21　发光二极管实物图及符号

（a）实物图；（b）符号

二极管有很多类型，在日常生产和生活中用途广泛，本节认识不同类型二极管的特性及其用途。

1.发光二极管（LED）

发光二极管与普通二极管一样也是由PN结构成的，也具有单向导电特性，与普通二极管不同的是当有正向电流通过时，它能将电能直接转化成光能，图1.21所示为发光二极管实物及符号。根据构成它的材料、封装形式及外形等不同，发光二极管分为单色发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压型发光二极管、红外发光二极管、激光发光二极管等。在此只简单介绍单色发光二极管。

单色发光二极管的发光颜色有红、绿、黄、蓝等，实际家用电器的指示灯、手机的背景灯都使用的是单色发光二极管。发光二极管的外壳是透明的，外壳的颜色表示了它的发光颜色，两根引脚中，长引脚是正极，短引脚是负极。发光二极管工作在正偏状态，指示灯电路中用到的大多是发光二极管。外加正向电压越大，发光越亮，但使用中应注意，外加正向电压不能使发光二极管超过其最大工作电流，使用时需要串联合适的限流电阻，以免烧坏管子。

对发光二极管的检测主要采用指针式万用表的R×10 kΩ挡，其测量方法及对其性能的好坏判断与普通二极管相同。正常情况下，发光二极管的正向电阻为15 kΩ左右，反向电阻为无穷大。在测量发光二极管的正向电阻时，可以看到该二极管有微弱的发光现象。而数字式万用表输出电压较低（通常不超过1 V），是无法对发光二极管进行检测的。发光二极管的导通压降比较大，一般在1.5～2.0 V。

发光二极管形状有圆形、矩形、方形等。国产发光二极管的型号组成如图1.22所示。

例如，一型号为FG133003的半导体器件，FG是中文“发光”的开头字母，表示这个半导体器件为发光二极管，“1”表示二极管的材料为磷化镓，第一个“3”表示发光二极管发黄色光，第二个“3”表示封装形式为有色透明，“0”表示形状为圆形，最后两位为序号。

图1.22　国产发光二极管型号的组成

2.光电二极管

光电二极管是一种常用的光敏元件，是一种将光信号转为电信号的半导体器件，图1.23所示为光电二极管实物及符号。使用时光电二极管工作在反偏状态，它的反向电流随光照强度的增加而上升。为了便于接受光照，光电二极管的管壳上有一个玻璃窗口，光线透过窗口照射到PN结的光敏区，光电流的大小还与入射光的波长有关，硅光电二极管对不同波长的光，其响应的灵敏度是不同的。如图1.24所示，硅光电二极管光谱响应的范围为0.4～1.1μm，响应灵敏度最大的入射光的波长称为峰值波长，硅光电二极管的峰值波长约为0.9μm。在无光照射时，光电二极管的伏安特性和普通二极管一样，此时的反向电流叫暗电流，一般在几μA甚至更小。在一定反向工作电压下，受到光照后即可产生光电流，如图1.25所示，硅光电二极管的光电流与外加电压关系不大，只随入射光的强度呈线性变化。

图1.23　光电二极管实物及符号

（a）实物图；（b）符号

图1.24　硅光电二极管的波长特性曲线

图1.25　硅光电二极管的输出特性曲线

光电二极管主要用于自动控制，如光耦合、光电读出装置、红外线遥控装置、红外防盗、路灯的自动控制等。当制成大面积的光电二极管时，能将光能直接转换成电能，可作为一种能源器件，即光电池。

光电二极管的检测方法：在无光照情况下，若将指针万用表置于R×1 kΩ挡，用黑表笔接正极，红表笔接负极，测得光电二极管正向电阻为∞；原因是光电二极管的正向导通电压高于R×1 kΩ挡的电压。交换表笔，测得反向电阻也为无穷大（反向电阻不是无穷大时说明漏电流大）。若将指针万用表置于R×10 kΩ挡，因为此时所接的指针式万用表的输出电压高于光电二极管的导通压降，测得正向电阻约为300 kΩ，在无光照情况下，反向电阻为∞。在有光照情况下，将指针万用表置于R×1 kΩ或者R×10 kΩ挡，改变光照强度，正向电阻不变，而反向电阻会随光照强度增加而减小，说明这管子是好的，若反向电阻都是无穷大或为零，则管子是坏的。

3.稳压二极管

除了整流二极管以外，稳压二极管是一种特殊类型的二极管，在电子电路中的应用也非常广泛，图1.26所示为稳压二极管实物及符号。稳压二极管是电子电路中常用的一种二极管，是一种经过特殊工艺制作，用于稳定电压且工作在反向击穿状态下的二极管，简称稳压管，其伏安特性曲线如图1.27所示。稳压二极管与普通二极管的正向伏安特性相同，不同的是反向击穿电压UZ较低且反向击穿区的曲线更陡些。

给稳压二极管加反向电压，加到一定值后进入击穿区，此时流过稳压二极管的电流虽在变化，但其两端的电压几乎不变，利用这一点可以实现稳压。当反向电流低于IZmin时，由图1.27可以看出，反向电压在0～-UZ变化，稳压二极管无法正常工作；当反向电流高于某个极限值IZmax时，稳压二极管会过流烧毁。为此，在使用稳压二极管时一定要在允许的工作电流范围内工作。

图1.26　稳压二极管实物及符号

（a）实物；（b）符号

图1.27　稳压二极管的伏安特性(www.xing528.com)

一般情况下，稳压二极管采用硅材料制成，硅材料的热稳定性比锗材料要好很多。稳压二极管的主要参数有稳定电压UZ（即反向击穿电压）、稳定电流IZ、最大耗散功率PZM和最大工作电流IZmax，其中稳定电压UZ是根据要求挑选稳压二极管的主要依据之一，PZM和IZmax是为了保证管子不被热击穿而规定的极限参数。不同型号的稳压管，其稳定电压值不同。同一型号的管子，由于制造工艺的分散性，各个管子的UZ值也有差别。因此，在半导体手册中只能给出某一型号稳压管的稳压范围，如2 CW53的稳定工作电压范围为4.0～5.8V，但是对于某一只具体的稳压管，UZ是确定值。

稳压二极管的极性检测及好坏判别，与普通二极管相同。另外，由于稳压二极管工作于反向击穿区，所以在连接时要注意稳压二极管的正极应该与电源负极相连接，稳压二极管的负极应该与电源的正极相连接。如果接反，稳压二极管就工作于正向导通状态，如图1.27的正向特性曲线所示，此时相当于普通二极管正向导通的情况，无法起到稳压的作用。

稳压二极管的种类很多，从封装形式上分有塑料封装稳压二极管、金属封装稳压二极管和玻璃封装稳压二极管。目前用得比较多的是塑料封装稳压二极管。

4.整流二极管

整流环节是直流稳压电源的一个重要部分，其核心器件——整流二极管是一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。按照功率的大小可分为小功率整流二极管、中功率整流二极管和大功率整流二极管。从材料角度来看，硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流小，高温性能好，所以通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（最大可达上千安），但工作频率不高，一般在几十 kHz以下。整流二极管主要用于各种低频整流电路。图1.28所示为整流二极管外形。

图1.28　整流二极管外形

（a）小功率整流二极管；（b）大功率整流二极管

自测习题

1.将稳压值分别是6 V和8 V的稳压二极管并联，正常工作时稳压值是_________。

2.在题2图所示电路中，发光二极管导通电压UD=1.5V，正向电流在5～15 mA时才能正常工作。试问：（1）开关S在什么位置时发光二极管才能发光？（2）R的取值范围是多少？

3.已知稳压管的稳定电压UZ=6 V，稳定电流的最小值IZmin=5 mA，最大功耗PZM=150 mW。试求题3图所示电路中电阻R的取值范围。

题2图

题3图

自测习题答案