整流二極管
一種用于將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷陌雽?dǎo)體器件。通常它包含一個(gè)PN結(jié)，有陽(yáng)極和陰極兩個(gè)端子。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。P區(qū)的載流子是空穴,N區(qū)的載流子是電子，在P區(qū)和N區(qū)間形成一定的位壘。外加使P區(qū)相對(duì)N區(qū)為正的電壓時(shí)，位壘降低，位壘兩側(cè)附近產(chǎn)生儲(chǔ)存載流子，能通過(guò)大電流，具有低的電壓降（典型值為0.7V）,稱為正向?qū)顟B(tài)。若加相反的電壓,使位壘增加，可承受高的反向電壓，流過(guò)很小的反向電流（稱反向漏電流），稱為反向阻斷狀態(tài)。整流二極管具有明顯的單向?qū)щ娦?。整流二極管可用半導(dǎo)體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造(摻雜較多時(shí)容易反向擊穿）。這種器件的結(jié)面積較大，能通過(guò)較大電流（可達(dá)上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻半波整流電路，如需達(dá)到全波整流需連成整流橋使用。
選用
1N4001
整流二極管一般為平面型硅二極管，用于各種電源整流電路中。
選用整流二極管時(shí)，主要應(yīng)考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)。
普通串聯(lián)穩(wěn)壓電源電路中使用的整流二極管，對(duì)截止頻率的反向恢復(fù)時(shí)間要求不高，只要根據(jù)電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管即可。例如，1N系列、2CZ系列、RLR系列等。
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的整流電路及脈沖整流電路中使用的整流二極管，應(yīng)選用工作頻率較高、反向恢復(fù)時(shí)間較短的整流二極管（例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等）或選擇快恢復(fù)二極管。還有一種肖特基整流二極管。
3特性
整流二極管是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦裕呀涣麟娮兂擅}動(dòng)直流電。整流二極管流電流較大,多數(shù)采用面接觸性料封裝的二極管。整流二極管的外形如圖1所示，另外，整流二極管的參數(shù)除前面介紹的幾個(gè)外，還有最大整流電流，是指整流二極管長(zhǎng)時(shí)間的工作所允許通過(guò)的最大電流值。它是整流二極管的主要參數(shù)，是選項(xiàng)用整流二極管的主要依據(jù)。
4常用參數(shù)
（1）最大平均整流電流IF：指二極管長(zhǎng)期工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向平均電流。該電流由PN結(jié)的結(jié)面積和散熱條件決定。使用時(shí)應(yīng)注意通過(guò)二極管的平均電流不能大于此值，并要滿足散熱條件。例如1N4000系列二極管的IF為1A。
（2）最高反向工作電壓VR：指二極管兩端允許施加的最大反向電壓。若大于此值，則反向電流(IR)劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，從而引起反向擊穿。通常取反向擊穿電?/span>(VB)的一半作為(VR)。例如1N4001的VR為50V，1N4002-1n4006分別為100V、200V、400V、600V和800V，1N4007的VR為1000V
（3）最大反向電流IR：它是二極管在最高反向工作電壓下允許流過(guò)的反向電流，此參數(shù)反映了二極管單向?qū)щ娦阅艿暮脡摹Ｒ虼诉@個(gè)電流值越小，表明二極管質(zhì)量越好。
（4）擊穿電壓VB：指二極管反向伏安特性曲線急劇彎曲點(diǎn)的電壓值。反向?yàn)檐浱匦詴r(shí)，則指給定反向漏電流條件下的電壓值。
（5）最高工作頻率fm：它是二極管在正常情況下的最高工作頻率。主要由PN結(jié)的結(jié)電容及擴(kuò)散電容決定，若工作頻率超過(guò)fm，則二極管的單向?qū)щ娦阅軐⒉荒芎芎玫伢w現(xiàn)。例如1N4000系列二極管的fm為3kHz。
（6）反向恢復(fù)時(shí)間trr：指在規(guī)定的負(fù)載、正向電流及最大反向瞬態(tài)電壓下的反向恢復(fù)時(shí)間。
（7）零偏壓電容CO：指二極管兩端電壓為零時(shí)，擴(kuò)散電容及結(jié)電容的容量之和。值得注意的是，由于制造工藝的限制，即使同一型號(hào)的二極管其參數(shù)的離散性也很大。手冊(cè)中給出的參數(shù)往往是一個(gè)范圍，若測(cè)試條件改變，則相應(yīng)的參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，例如在25°C時(shí)測(cè)得1N5200系列硅塑封整流二極管的IR小于10uA，而在100°C時(shí)IR則變?yōu)樾∮?/span>500uA。
二極管的判別及參數(shù)
1.簡(jiǎn)述
半導(dǎo)體是一種具有特殊性質(zhì)的物質(zhì)，它不像導(dǎo)體一樣能夠完全導(dǎo)電，又不像絕緣體那樣不能導(dǎo)電，它介于兩者之間，所以稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體最重要的兩種元素是硅(讀“guī”)和鍺(讀“zhě”)。我們常聽(tīng)說(shuō)的美國(guó)硅谷，就是因?yàn)槟抢镉泻枚嗉野雽?dǎo)體廠商。
二極管應(yīng)該算是半導(dǎo)體器件家族中的元老了。很久以前，人們熱衷于裝配一種礦石收音機(jī)來(lái)收聽(tīng)無(wú)線電廣播，這種礦石后來(lái)就被做成了晶體二極管。
二極管最明顯的性質(zhì)就是它的單向?qū)щ娞匦?，就是說(shuō)電流只能從一邊過(guò)去，卻不能從另一邊過(guò)來(lái)(從正極流向負(fù)極)。我們用萬(wàn)用表來(lái)對(duì)常見(jiàn)的1N4001型硅整流二極管進(jìn)行測(cè)量，紅表筆接二極管的負(fù)極，黑表筆接二極管的正極時(shí)，表針會(huì)動(dòng)，說(shuō)明它能夠?qū)щ?；然后將黑表筆接二極管負(fù)極，紅表筆接二極管正極，這時(shí)萬(wàn)用表的表針根本不動(dòng)或者只偏轉(zhuǎn)一點(diǎn)點(diǎn)，說(shuō)明導(dǎo)電不良(萬(wàn)用表里面，黑表筆接的是內(nèi)部電池的正極)。
常見(jiàn)的幾種二極管中有玻璃封裝的、塑料封裝的和金屬封裝的等幾種。像它的名字，二極管有兩個(gè)電極，并且分為正負(fù)極，一般把極性標(biāo)示在二極管的外殼上。大多數(shù)用一個(gè)不同顏色的環(huán)來(lái)表示負(fù)極，有的直接標(biāo)上“—”號(hào)。大功率二極管多采用金屬封裝，并且有個(gè)螺母以便固定在散熱器上。
半導(dǎo)體二極管的極性判別及選用
(1) 半導(dǎo)體二極管的極性判別
一般情況下，二極管有色點(diǎn)的一端為正極，如2AP1～2AP7，2AP11～2AP17等。如果是透明玻璃殼二極管，可直接看出極性，即內(nèi)部連觸絲的一頭是正極，連半導(dǎo)體片的一頭是負(fù)極。塑封二極管有圓環(huán)標(biāo)志的是負(fù)極，如IN4000系列。
無(wú)標(biāo)記的二極管，則可用萬(wàn)用表電阻擋來(lái)判別正、負(fù)極，萬(wàn)用表電阻擋示意圖見(jiàn)圖T304。
根據(jù)二極管正向電阻小，反向電阻大的特點(diǎn)，將萬(wàn)用表?yè)艿诫娮钃?/span>(一般用R×100或R×1k擋。不要用R×1或R×10k擋，因?yàn)?/span>R×1擋使用的電流太大，容易燒壞管子，而R×10k擋使用的電壓太高，可能擊穿管子)。用表筆分別與二極管的兩極相接，測(cè)出兩個(gè)阻值。在所測(cè)得阻值較小的一次，與黑表筆相接的一端為二極管的正極。同理，在所測(cè)得較大阻值的一次，與黑表筆相接的一端為二極管的負(fù)極。如果測(cè)得的正、反向電阻均很小，說(shuō)明管子內(nèi)部短路；若正、反向電阻均很大，則說(shuō)明管子內(nèi)部開(kāi)路。在這兩種情況下，管子就不能使用了。
半導(dǎo)體二極管的選用
通常小功率鍺二極管的正向電阻值為300～500Ω，硅管為1kΩ或更大些。鍺管反向電阻為幾十千歐，硅管反向電阻在500kΩ以上(大功率二極管的數(shù)值要大得多)。正反向電阻差值越大越好。
點(diǎn)接觸二極管的工作頻率高，不能承受較高的電壓和通過(guò)較大的電流，多用于檢波、小電流整流或高頻開(kāi)關(guān)電路。面接觸二極管的工作電流和能承受的功率都較大，但適用的頻率較低，多用于整流、穩(wěn)壓、低頻開(kāi)關(guān)電路等方面。
選用整流二極管時(shí)，既要考慮正向電壓，也要考慮反向飽和電流和最大反向電壓。選用檢波二極管時(shí)，要求工作頻率高，正向電阻小，以保證較高的工作效率，特性曲線要好，避免引起過(guò)大的失真。
利用二極管單向?qū)щ姷奶匦?，常用二極管作整流器，把交流電變?yōu)橹绷麟姡粗蛔尳涣麟姷恼胫?/span>(或負(fù)半周)通過(guò)，再用電容器濾波形成平滑的直流。事實(shí)上好多電器的電源部分都是這樣的。二極管也用來(lái)做檢波器，把高頻信號(hào)中的有用信號(hào)“檢出來(lái)”，老式收音機(jī)中會(huì)有一個(gè)“檢波二極管”，一般用2AP9型鍺管。
二極管的類型也有好幾種，對(duì)于電子制作來(lái)說(shuō)，常常用到以下的二極管： 用于穩(wěn)壓的穩(wěn)壓二極管，用于數(shù)字電路的開(kāi)關(guān)二極管，用于調(diào)諧的變?nèi)荻O管，以及光電二極管等，最?？匆?jiàn)的是發(fā)光二極管。
發(fā)光二極管在日常生活電器中無(wú)處不在，它能夠發(fā)光，有紅色、綠色和黃色等，有直徑為3mm或5mm圓形的，也有規(guī)格為2×5mm長(zhǎng)方形的。與普通二極管一樣，發(fā)光二極管也是由半導(dǎo)體材料制成的，也具有單向?qū)щ姷男再|(zhì)，即只有極性正確才能發(fā)光。
發(fā)光二極管的發(fā)光顏色一般和它本身的顏色相同，但是近年來(lái)出現(xiàn)了透明的發(fā)光管，它也能發(fā)出紅黃綠等顏色的光，只有通電了才能知道。 辨別發(fā)光二極管正負(fù)極的方法，有實(shí)驗(yàn)法和目測(cè)法。實(shí)驗(yàn)法就是通電看看能不能發(fā)光，若不能就是極性接錯(cuò)或是發(fā)光管損壞。
注意發(fā)光二極管是一種電流型器件，雖然在它的兩端直接接上3V的電壓后能夠發(fā)光，但容易損壞，在實(shí)際使用中一定要串接限流電阻，工作電流根據(jù)型號(hào)不同一般為1mA到30mA。另外，由于發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓一般為1.7V以上，所以一節(jié)1.5V的電池不能點(diǎn)亮發(fā)光二極管。同樣，一般萬(wàn)用表的R×1擋到R×1k擋均不能測(cè)試發(fā)光二極管，而R×10k擋由于使用15V的電池，能把有的發(fā)光管點(diǎn)亮。
用眼睛來(lái)觀察發(fā)光二極管，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的兩個(gè)電極一大一小。一般來(lái)說(shuō)，電極較小、個(gè)頭較矮的一個(gè)是發(fā)光二極管的正極，電極較大的一個(gè)是它的負(fù)極。若是新買(mǎi)來(lái)腳較長(zhǎng)的一個(gè)是正極。
發(fā)光二極管的伏安特性 發(fā)光二極管的伏安特性與普通二極管類似，但它的正向壓降較大，并在正向壓降達(dá)到一定值時(shí)發(fā)光。發(fā)光顏色和構(gòu)成PN結(jié)的材料有關(guān)，通常有紅、黃、綠、藍(lán)和紫等顏色。發(fā)光亮度近似和工作電流密度成正比，但摻雜ZnO和GaP的發(fā)光二極管，其發(fā)光亮度隨電流密度的增加會(huì)很快趨向飽和。另外，隨結(jié)溫的升高，LED的發(fā)光亮度將會(huì)減弱。
由于發(fā)光二極管的響應(yīng)時(shí)間(光信號(hào)對(duì)電信號(hào)的延遲時(shí)間)一般小于100ns，故直流信號(hào)、交流信號(hào)或脈沖信號(hào)均可作為它的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
國(guó)產(chǎn)LED器件用FG × 1 × 2 × 3 × 4 × 5 × 6命名，其中×1表示材料，×1取值1，2，3分別對(duì)應(yīng)LED的材料為GaAsP，GaAsAl和GaP?！?/span>2表示發(fā)光顏色，×2取1~6時(shí)表示發(fā)光顏色為紅、橙、黃、綠、藍(lán)和復(fù)色，× 3表示封裝形式?！?4表示外形，取0 ~ 6各整數(shù)時(shí)，分別指發(fā)光二極管的外形為圓形、長(zhǎng)方形、符號(hào)形、三角形、正方形、組合形和特殊形?！?5 × 6為序號(hào)。
使用發(fā)光二極管時(shí)，若用電壓源驅(qū)動(dòng)，則應(yīng)在電路中串接限流電阻，以防止LED中電流過(guò)大而損壞。用交流信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，為防止LED被反向擊穿，可在兩端反極性并連整流二極管。幾種紅色發(fā)光二極管的參數(shù)見(jiàn)表B313。
光敏二極管又稱光電二極管，目前使用最多的是光電二極管。它有四種類型：PN結(jié)型，PIN結(jié)型，雪崩型和肖特基結(jié)型。以下簡(jiǎn)介PN結(jié)型光敏二極管。
PN結(jié)型光敏二極管同普通二極管一樣，也是PN結(jié)構(gòu)造，只是結(jié)面積較大，結(jié)深較淺，管殼上有光窗，從而使人射光容易注入PN結(jié)的耗盡區(qū)中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，大的結(jié)面積增加了有效光面積，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。
在無(wú)光照射時(shí)，光敏二極管的伏安特性和普通二極管一樣，此時(shí)的反向飽和電流叫暗電流，一般在幾微安到幾百微安之間，其值隨反向偏壓的增大和環(huán)境溫度的升高而增大。在檢測(cè)弱光電信號(hào)時(shí)，必須考慮用暗電流小的管子。
在有光照時(shí)，光敏二極管在一定的反偏電壓范圍內(nèi)(UR≥5V)，其反向電流將隨光照強(qiáng)度(10-3～103 lx范圍內(nèi))的增加而線性增加，這時(shí)的反向電流又叫光電流。因此，對(duì)應(yīng)一定的光照強(qiáng)度，光敏二極管相當(dāng)于一個(gè)恒流源。在有光照而無(wú)外加電壓時(shí)，光敏二極管相當(dāng)于一個(gè)電池，P區(qū)為正，N區(qū)為負(fù)。
光敏二極管有一定光譜響應(yīng)范圍，并對(duì)某波長(zhǎng)的光有最高的響應(yīng)靈敏度(峰值波長(zhǎng))。因此，為獲取最大的光電流，應(yīng)選擇光譜響應(yīng)特性符合待測(cè)光譜的光敏二極管，同時(shí)加大照度和調(diào)整入射的角度。
光敏二極管的響應(yīng)時(shí)間，一般小于幾百微秒，主要取決于結(jié)電容和外部電路電阻的乘積。表B316列出了幾種光敏二極管的參數(shù)，其中靈敏度指輸入給定波長(zhǎng)的單位功率時(shí)，光敏二極管能輸出的光電流值。
穩(wěn)壓二極管工作原理
一、穩(wěn)壓二極管原理及特性
一般三極管都是正向?qū)?，反向截止；加在二極管上的反向電壓如果超過(guò)二極管的承受能力，二極管就要擊穿損毀。但是有一種二極管，它的正向特性與普通二極管相同，而反向特性卻比較特殊：當(dāng)反向電壓加到一定程度時(shí)，雖然管子呈現(xiàn)擊穿狀態(tài)，通過(guò)較大電流，卻不損毀，并且這種現(xiàn)象的重復(fù)性很好；只要管子處在擊穿狀態(tài)，盡管流過(guò)管子的電在變化很大， 而管子兩端的電壓卻變化極小起到穩(wěn)壓作用。這種特殊的二極管叫穩(wěn)壓管。
穩(wěn)壓管的型號(hào)有2CW、2DW 等系列，它的電路符號(hào)如圖5－17所示。
穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性，可用圖5一18所示伏安特性 曲線很清楚地表示出來(lái)。
穩(wěn)壓管是利用反向擊多區(qū)的穩(wěn)壓特性進(jìn)行工作的，因此，穩(wěn)壓管在電路中要反向連接。穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓稱為穩(wěn)定電壓，不同類型穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓也不一
樣，某一型號(hào)的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值固定在口定范圍。例 如：2CW11的穩(wěn)壓值是3.2伏到4．5伏，其中某一只管子的穩(wěn)壓值可能是3．5伏，另一只管子則可能是4，2伏。
在實(shí)際應(yīng)用中，如果選擇不到穩(wěn)壓值符合需要的穩(wěn)壓管，可以選用穩(wěn)壓值較低的穩(wěn)壓管，然后串聯(lián)幾只硅二極管“枕墊”，把穩(wěn)定電壓提高到所需數(shù)值。這是利用硅二極管的正向壓降為0．6～0．7伏的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行穩(wěn)壓的。因此，二極管在電路中必須正向連接，這是與穩(wěn)壓管不同的。
穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能的好壞，可以用它的動(dòng)態(tài)電阻r來(lái) 表示：
顯然，對(duì)于同樣的電流變化量ΔI，穩(wěn)壓管兩端的電壓變化量ΔU越小，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓管性能就越好。
穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻是隨工作電流變化的，工作電流越大，動(dòng)態(tài)電阻越小。因此，為使穩(wěn)壓效果好，工作電流要選得合適。工作電流選得大些，可以減小動(dòng)態(tài)電阻，但不能超過(guò)管子的最大允許電流（或最大耗散功率）。 各種型號(hào)管子的工作電流和最大允許電流，可以從手冊(cè)中查到。
穩(wěn)壓管的穩(wěn)定性能受溫度影響，當(dāng)溫度變化時(shí)，它的穩(wěn)定電壓也要發(fā)生變化，常用穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)來(lái)表示，這種性能例如2CW19型穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Uw= 12伏，溫度系數(shù)為0.095%℃ ，說(shuō)明溫度每升高1℃，其穩(wěn)定電壓升高11.4毫伏。為提高電路的穩(wěn)定性能，往往采用適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償措施。在穩(wěn)定性能要求很高時(shí)，需使用具有溫度補(bǔ)償?shù)姆€(wěn) 壓，如2DW7A、2DW7W、2DW7C 等。 二、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路圖
由硅穩(wěn)壓管組成的簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路如圖5- l9（a）所示。硅穩(wěn)壓管DW與負(fù)載Rfz，并聯(lián)，R1為限流電阻。
這 個(gè)電路是怎樣進(jìn)行穩(wěn)壓的呢？
若電網(wǎng)電壓升高，整流電路的輸出電壓Usr也隨之升高，引起負(fù)載電壓Usc 升高。由于穩(wěn)壓管DW與負(fù)載Rfz并聯(lián)，Usc 只要有根少一點(diǎn)增長(zhǎng)，就會(huì)使流過(guò)穩(wěn)壓管的電流急劇增加，使得I1也增大，限流電阻R1上的電壓降增大，從而抵消了Usr的升高，保持負(fù)載電壓Usc 基本不變。反之，若電網(wǎng)電壓降低，引起Usr下降，造成Usc 也下降，則穩(wěn)壓管中的電流急劇減小，使得I1減小，R1上的壓降也減小，從而抵消了Usr的下降，保持負(fù)載電壓Usc 基本不變。
若Usr不變而負(fù)載電流增加，則R1上的壓降增加，造成負(fù)載電壓Usc 下降。Usc只要下降一點(diǎn)點(diǎn)，穩(wěn)壓管中的電流就迅速減小，使R1上的壓降再減小下來(lái)，從而保持R1上的壓降基本不變，使負(fù)載電壓Usc 得以穩(wěn)定。
綜上所述可以看出，穩(wěn)壓管起著電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，而限流電阻起著電壓調(diào)整作用。穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻越小，限流電阻越大，輸出電壓的穩(wěn)定性越好。
穩(wěn)壓二極管，英文名稱Zener diode，又叫齊納二極管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很小的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來(lái)分檔的，因?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用.其伏安特性見(jiàn)圖1，穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來(lái)以便在較高的電壓上使用，通過(guò)串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。
穩(wěn)壓二極管工作原理一種用于穩(wěn)定電壓的單結(jié)二極管。它的伏安特性，穩(wěn)壓二極管符號(hào)如圖1所示。結(jié)構(gòu)同整流二極管。加在穩(wěn)壓二極管的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，將可能有大量載流子隧穿偽結(jié)的位壘，形成大的反向電流，此時(shí)電壓基本不變，稱為隧道擊穿。當(dāng)反向電壓比較高時(shí)，在位壘區(qū)內(nèi)將可能產(chǎn)生大量載流子，受強(qiáng)電場(chǎng)作用形成大的反向電流，而電壓亦基本不變，為雪崩擊穿。因此，反向電壓臨近擊穿電壓時(shí)，反向電流迅速增加，而反向電壓幾乎不變。這個(gè)近似不變的電壓稱為齊納電壓（隧道擊穿）或雪崩電壓（雪崩擊穿） 。
