小功率二极管器件介绍

小功率二极管器件是普通常用二极管器件，通常可以称为半导体二极管。由于是用半导体材料制成的，故叫半导体二极管，因其化学结构为晶体状，所以又叫晶体二极管，其核心是一个PN结，基本特性是单向导电性。常用二极管的外形和封装形式如图2-2所示。

半导体二极管被广泛应用于各种电工电子设备中。半导体二极管内部有一个PN结，由相应的正负电极引线，用玻璃、塑料或金属管壳封装制成。

图2-2 半导体二极管的结构、外形与符号

1.半导体二极管的分类

半导体的种类繁多，根据二极管所用半导体材料、结构及制造工艺的不同，半导体二极管有不同的用途。

按采用材料的不同可分为锗二极管、硅二极管和砷化镓二极管等；按结构的不同又可分为点接触和面接触二极管；按工作原理分有隧道二极管、变容二极管、雪崩二极管、双基极二极管等；按用途分有检波二极管、整流二极管和开关二极管等；片状二极管主要有整流二极管、快速恢复二极管、肖特基二极管、开关二极管、稳压二极管、瞬态抑制二极管、发光二极管、变容二极管、天线开关二极管等。它们在电子产品及通信设备中得到广泛应用。

2.半导体二极管器件的型号命名方法

（1）国家标准规定

国产二极管的型号命名分为5个部分，各部分的含义如表2-3所示。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。

例：二极管2CZ11A的型号意义如下所示。

表2-3 国产半导体二极管型号命名参数

（2）国际电子联合会二极管的型号命名方法

型号命名组成部分及代表的意义如表2-4所示，第一个字母表示材料，第二个字母表示器件的类别和主要特点，第三部分表示登记号，第四部分用字母表示对同型号者分档。

表2-4 国际电子联合会半导体二极管器件型号命名法

3.二极管的伏安特性和近似模型

（1）二极管的伏安特性

二极管的伏安特性也就是PN结的伏安特性。所谓伏安特性曲线就是二极管两端所加电压与流过电流的关系曲线，如图2-3所示。因为硅管和锗管的伏安特性曲线并不相同，所以它们的特性参数也不相同。

图2-3 二极管的伏安特性

1）正向特性：当二极管的正向电压很小时，几乎没有电流流过二极管。正向电压超过某数值后，才有正向电流流过二极管，这一电压称为死区电压（硅管约为0.5V，锗管约为0.1V）。

二极管的正向电压大于死区电压后，有较大电流流过二极管，称为二极管导通。正向电流随着电压的增加而迅速增大。温度升高，导通电压下降。硅管导通压降约为0.6～0.8V，锗管导通压降约为0.2～0.3V。可以近似认为理想二极管导通压降零。

2）反向特性：当二极管加上反向电压，并且反向电压不大时，PN结内流过的电流为少数载流子的漂移电流，只有极小的反向电流流过二极管。在同样温度下，硅二极管的反向电流比锗二极管小很多，锗二极管是微安级，而硅二极管是纳安级，反向电流随温度上升增长较快。可以认为理想二极管反向电阻为无穷大。

3）击穿特性：所有的半导体二极管都有这样的特性：施加一个大于开起电压的正向电压的时候，其电阻很小；施加一定范围的反向电压时，其电阻很大，但当反向电压大于一定值的时候，反向电流迅速增加，二极管失去单向导电性，称为电击穿。这个反向电压叫做反向击穿电压，一般二极管正常工作时要求反向电压小于其反向击穿电压，但有些特殊的二极管，如稳压二极管就是工作在反向击穿电压区的。温度升高，击穿电压下降。

（2）二极管伏安特性的温度影响

二极管对温度敏感，具有热敏特性。温度对二极管伏安特性的影响如图2-4所示。温度升高时，二极管的导通压降U_F降低，反向击穿电压U_B减小，反向饱和电流I_S增大。

（3）二极管的近似模型

二极管是一种非线性器件，二极管电路的严格分析一般要采用非线性电路的分析方法。这里主要介绍等效电路分析法。有的等效电路模型较简单，便于近似估算。

1）理想模型：所谓理想模型就是将二极管的单向导电特性理想化，可以将二极管视为理想模型，即忽略二极管导通电压，认为二极管的导通电压和和反向电流等于零，此时的伏安特性如图2-5a所示。在这种情况下，二极管可以等效为开关。

图2-4 温度对二极管伏安特性的影响

图2-5 二极管的近似模型

2）恒压降模型：在二极管的导通电压不能忽略时，还可以将二极管视为恒压降模型，如图2-5b所示，即认为二极管正偏导通后的管压降是个恒定值（对于硅管和锗管来说，分别取0.7V和0.2V），二极管反偏时反向饱和电流和理想二极管一样视为零。二极管的电流i_D近似等于或大于1mA时才是正常的，该模型提供了合理的近似，因此应用也较广。

3）交流等效模型：二极管是一个非线性器件，当外加电压的极性不同时，它表现的电阻不同；当电压的极性不变，电压的大小不同时，电阻也不一样。但当二极管上同时加有直流电压和一个很小的交流电压时，二极管对这个小的交流电压所表现的电阻可认为是一个常数，称为二极管的小信号电阻或交流电阻。交流电阻等于特性曲线上某点切线斜率的倒数，这点由所加的直流电压或直流电流来决定，称为二极管的工作点。在正常情况下，二极管的交流电阻为，条件是在室温下，正向电压远大于26mV。

4.二极管的主要参数

（1）最大整流电流I_F

最大整流电流是指二极管在一定温度下（锗管约为80℃，硅管约为150℃），长期连续工作时允许通过的最大正向平均电流，I_F的数值是由二极管允许的温升所限定的。使用时，通过二极管的电流要小于这个电流，不得超过此值，否则可能使二极管过热而损坏。另外，对于大功率二极管，必须加装散热装置。(www.xing528.com)

（2）最大允许电流

最大允许电流电是为避免过大电流冲击，导致二极管PN结烧坏而规定的额定电流值。

（3）最大反向工作电压U_RM

最大反向工作电压是指工作时允许加在二极管两端的反向电压的最大值，在确保二极管安全使用时，加在二极管两端的反向电压不得超过此值，否则二极管可能被击穿。一般手册上给的最大反向工作电压约为反向击穿电压U_BR的一半。

（4）正向压降U_F

正向压降是在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。图2-6所示为测量U_F所用电路。

（5）反向击穿电压U_BR

反向击穿电压是指二极管反向击穿时的电压值，如图2-7所示。当温度升高时，二极管反向击穿电压值会有所下降。

图2-6 测量U_F的电路

图2-7 二极管反向特性曲线

（6）反向电流I_R

反向电流（又称为反向饱和电流I_S）是指在室温条件和规定的反向工作电压下（管子未击穿时），在二极管两端加上规定的反向电压时，流过管子的反向电流。通常希望I_R值越小越好，反向电流越小，说明二极管的单向导电性越好。此外，由于反向电流是由少数载流子形成的，所以I_R受温度的影响很大。

（7）结电容C

结电容是指当PN结加反向电压时，P区积累负电荷，N区积累正电荷，即构成一个已储存电荷的电容器，结电容是指该电容器的等效电容。

（8）最高工作频率f_M

主要取决于PN结结电容的大小。结电容越大，二极管允许的最高工作频率越低。

5.普通二极管的检测

普通二极管外壳上均印有型号和标记，如图2-8所示。标记方法有箭头、色点（白色或红色）、色环三种，箭头所指方向或靠近色环的一端为二极管的阴极，有色点的一端为阳极，故判断二极管的阳极、阴极也可以用观察法。

图2-8 普通二极管的标记

若型号和标志脱落时，可用万用表的电阻挡进行判别。主要原理是根据二极管的单向导电性，其反向电阻远远大于正向电阻的特点。具体过程如下：

（1）普通二极管的极性判别

根据二极管正向电阻小，反向电阻大的特点可判别二极管的极性，如图2-9所示。将万用表拨到“R×100Ω”挡或“R×1kΩ”挡，一般不要用“R×1Ω”挡或“R×10kΩ”挡，因为“R×1Ω”挡使用的电流太大，容易损坏管子，而“R×10kΩ”挡使用的电压太高，可能击穿管子。表笔分别与二极管的两极相连，测出两种接法的两个阻值，所测得阻值较小的一次（硅管为几百～几千欧，锗管为100Ω～1kΩ），可以说明是正向导通，与黑表笔相连的一端即为二极管的正极，红表笔接的则是负极。同理所测得阻值较大的一次（几十千欧～几百千欧），为反向截止，与黑表笔相连的一端即为二极管的负极，红表笔接的是二极管的正极。

（2）检查好坏

可通过测量正、反向电阻来判断二极管的好坏。一般小功率硅二极管正向电阻为几百千欧～几千千欧，锗管约为100Ω～1kΩ。二极管的正向电阻越小越好，反向电阻越大越好。如果测得的反向电阻很小，说明二极管内部已经击穿短路；若正向电阻很大，则说明管子内部断路。这两种管子都不可以使用。

（3）判别硅、锗管

如果不知被测的二极管是硅管还是锗管，可根据硅、锗管的导通压降不同的原理来判别。将二极管接在电路中，当其导通时，用万用表测其正向压降，硅管一般为0.6～0.7V，锗管为0.1～0.3V。

（4）检测f_M和U_RM参数

可以从二极管内部的触丝来加以区分不同的频率范围，如点接触型属于高频管，面接触型多为低频管。也可以用万用表“R×1kΩ”挡进行测试，一般正向电阻小于1kΩ的多为高频管。高频二极管的工作频率一般都在几十兆赫甚至更高。

检测二极管反向击穿电压，可以用万用表“R×10kΩ”挡测量一下二极管的反向电阻，若万用表指针有微小摆动或不动，则被测管的反向电压能达到150V以上。反向电阻越小，二极管的耐压越低。

（5）二极管的数字万用表简单测试

用数字万用表来测试普通二极管是十分方便的。它可以判断普通二极管的阳、阴极性，二极管的好坏，是硅管还是锗硅等。只要使用数字万用表的通断挡分别测试二极管的正向电阻和反向电阻就可以进行以上判断。

1）好坏的判别：如果数字万用表的两次读数均显示“1”，则被测器件已经损坏或它根本就不是二极管。当两次读数有一次显示.2XX～.7XX（X表示任意数字），另一次显示“1”时，说明二极管是好的。

图2-9 普通二极管的极性判别

2）材料的判别：如果两次读数中有一次显示为.2XX～.4XX表示是锗管，如果显示的是.5XX～.7XX表示是硅管。

3）正负极性的判别：在两次测量中，有数字显示的那次测量，数字万用表红表笔所接的一端为二极管的阳极，黑表笔所接的一端为阴极。