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二极管种类及应用介绍

二极管有多种类型:按材料分,有锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等;按制作工艺可分为面接触二极管和点接触二极管;按用途不同又可分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管、开关二极管、快速恢复二极管等;接构类型来分,又可分为半导体结型二极管,金属半导体接触二极管等;按照封装形式则可分为常规封装二极管、特殊封装二极管等。

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下面以用途为例,介绍不同种类二极管的特性。 

1.整流二极管 

整流二极管的作用是将交流电源整流成脉动直流电,它是利用二极管的单向导电特性工作的。  因为整流二极管正向工作电流较大,工艺上多采用面接触结构。南于这种结构的二极管结电容较大,因此整流二极管工作频率一般小于3kHz。 

整流二极管主要有全密封金属结构封装和塑料封装两种封装形式。通常情况下额定正向T作电流LF在l A以上的整流二极管采用金属壳封装,以利于散热;额定正向工作电流在lA以下的采用全塑料封装。另外,由于T艺技术的不断提高,也有不少较大功率的整流二极管采用塑料封装,在使用中应予以区别。 

由于整流电路通常为桥式整流电路(如图1所示),故一些生产厂家将4个整流二极管封装在一起,这种冗件通常称为整流桥或者整流全桥(简称全桥)。 

选用整流二极管时,主要应考虑其最大整流电流、最大反向丁作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。 

普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管,对截止频率的反向恢复时间要求不高,只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管(例如l N系列、2CZ系列、RLR系列等)即可。 

开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管,应选用工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管或快恢复二极管。     

2.检波二极管 

检波二极管是把叠加在高频载波中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。 

检波二极管要求正向压降小,检波效率高,结电容小,频率特性好,其外形一般采用EA玻璃封装结构。一般检波二极管采用锗材料点接触型结构。 

选用检波二极管时,应根据电路的具体要求来选择工作频率高、反向电流小、正向电流足够大的检波二极管。  

3.开关二极管 

由于半导体二极管存正向偏乐下导通电阻很小。而在施加反向偏压截止时。截止电阻很大,存开关电路中利用半导体二极管的这种单向导电特性就可以对电流起接通和关断的作用,故把用于这一目的的半导体二极管称为开关二极管。 

开关二极管主要应用于收录机、电视机、影碟机等家用电器及电子设备有开关电路、检波电路、高频脉冲整流电路等。 

中速开关电路和检波电路可以选用2AK系列普通开关二极管。高速开关电路可以选用RLS系列、1sS系列、1N系列、2CK系列的高速开关二极管。要根据应用电路的主要参数(例如正向电流、最高反向电压、反向恢复时问等)来选择开关二极管的具体型号。 

4.稳压二极管 

稳压二极管义名齐纳二极管。稳压二极管是利用PN结反向击穿时电压基本上不随电流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) 。稳压二极管是根据击穿电压来分挡的,其稳压值就是击穿电压值。稳压二极管主要作为稳压器或电压基准元件使用,稳压二极管可以串联起来得到较高的稳压值。 

选用的稳压二极管应满足应朋电路中主要参数的要求。稳压二极管的稳定电压值应与应用电路的基准电压值相同,稳压二极管的最大稳定电流应高于应用电路的最大负载电流50%左右。 

5.快速恢复二极管(FR D) 

快速恢复二极管(Fast Recovery Diode)是一种新型的半导体二极管。这种二极管的开关特性好,反相恢复时间短,通常用于高频开关电源中作为整流二极管。  快速恢复二极管的特点就是它的恢复时间很短,这一特点使其适合高频(如电视机中的行频)整流。快速恢复二极管有一个决定其性能的重要参数——反向恢复时间。反向恢复时间的定义是,二极管从正向导通状态急剧转换到截止状态,从输出脉冲下降到零线开始。到反向电源恢复到最大反向电流的10%所需要的时间,用符号表示。 

超快速恢复二极管(SRD)是在快速恢复二极管的基础上研制的,它们的主要区别就是反向恢复时间更小。普通快速恢复二极管的反向恢复时间为几百纳秒,超快速恢复二极管(SRD)的反向恢复时间一般为几十纳秒。数值越小的快速恢复二极管的工作频率越高。 

当工作频率在几十至几百k H z时,普通整流二极管正反向电压变化的时间慢于恢复时间,普通整流二极管就不能正常实现单向导通而进行整流工作了.此时就要用快速恢复整流二极管才能胜任,因此,彩电等家用电器采用开关电源供电的整流二极管通常为快速恢复二极管,而不能用普通整流二极管代替,否则,用电器可能会不能正常工作。 

6.肖特基二极管(sBD) 

肖特基二极管是肖特基势垒二极管(Sehottky Barrier Diode,简称SBD)的简称。足近年来生产的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时问极短(可以小到几纳秒),正向导通压降仅0.4 V左右,而整流电流却可达到几千安培,这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。 

肖特基二极管是用贵重金属(金、银、铝、铂等)为正极,以N型半导体为负极,利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属一半导体器件。 

肖特基二极管通常用在高频、大电流、低电压整流电路中。

7.瞬态电压抑制二极管 

瞬态电压抑制二极管简称T V P管(transient—voltage—suppressor)。它是在稳压管的工艺基础上发展起来的一种半导体器件,主要应用于对电压的快速过压保护电路中。可广泛用于计算机、电子仪表、通信设备、家用电器以及野外作业的机载/船用及汽车用电子设备,并可以作为人为操作引起的过电压冲击或霄电对设备的电击等保护元件。 

瞬态电压抑制二极管按照其峰值脉冲功率可以分为四类:50()w、1000W、1500W、5000w。每类按照其标称电压分为若干种。 

瞬态电压抑制二极管在两端电压高于额定值时,会瞬间导通,两端电阻将以极高的速度从高阻改变为低阻,从而吸收一个极大的电流,将管子两端的电压钳位在一个预定的数值上。       

8.发光二极管     

发光二极管的英文简称是LED,它是采用磷化镓、磷砷化镓等半导体材料制成的、可以将电能直接转换为光能的器件。发光二极管除了具有普通二极管的单向导电特性之外,还可以将电能转换为光能。给发光二极管外加正向电压时,它也处于导通状态,当正向电流流过管芯时,发光二极管就会发光,将电能转换成光能。 

发光二极管的发光颜色主要由制作管子的材料以及掺人杂质的种类决定。目前常见的发光二极管发光颜色主要有蓝色、绿色、黄色、红色、橙色、白色等。其中白色发光二极管是新型产品,主要应用在手机背光灯、液晶显示器背光灯、照明等领域。 

发光二极管的工作电流通常为2~25mA。工作电压(即正向压降)随着材料的不同而不同:普通绿色、黄色、红色、橙色发光二极管的工作电压约2v;白色发光二极管的工作电压通常高于2.4V;蓝色发光二极管的工作电压通常高于3.3V。发光二极管的工作电流不能超过额定值太高,否则,有烧毁的危险。故通常在发光二极管回路中串联一个电阻R作为限流电阻。 

红外发光二极管是一种特殊的发光二极管,其外形和发光二极管相似,只是它发出的是红外光,在正常情况下人眼是看不见的。其工作电压约1.4v,工作电流一般小于20mA。    

有些公司将两个不同颜色的发光二极管封装在一起,使之成为双色二极管(又名变色发光二极管)。这种发光二极管通常有三个引脚,其中一个是公共端。它可以发出三种颜色的光(其中一种是两种颜色的混和色),故通常作为不同工作状态的指示器件。      

 9.雪崩二极管(Avalanche Diode) 

雪崩二极管是在稳压管工艺技术基础上发展起来的一种微波功率器件,它在外加电压的作用下可以产生高频振荡。 

雪崩二极管利用雪崩击穿对晶体注入载流子,因载流子渡越半导体晶片需要一定的时间,所以其电流滞后于电压,出现延迟时间,若适当地控制渡越时间,那么,在电流和电压关系上就会出现负阻效应,从而产生高频振荡。它常被应用微波通信、雷达、战术导弹、遥控、遥测、仪器仪表等设备中。

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10.双向触发二极管 

双向触发二极管也称二端交流器件(DIAC)。它是一种硅双向电压触发开关器件,当双向触发二极管两端施加的电压超过其击穿电压时,两端即导通,导通将持续到电流中断或降到器件的最小保持电流才会再次关断。双向触发二极管通常应用在过压保护电路、移相电路、晶闸管触发电路、定时电路中。

11.变容二极管 

变容二极管(英文名称variable—Cacitance Diode,缩写为VCD)是利用反向偏压来改变PN结电容量的特殊半导体器件。变容二极管相当于一个容量可变的电容器,它的两个电极之间的PN结电容大小,随加到变容二极管两端反向电压大小的改变而变化。当加到变容二极管两端的反向电压增大时,变容二极管的容量减小。由于变容二极管具有这一特性,所以它主要用于电调谐回路(如彩色电视机的高频头)中,作为一个可以通过电压控制的自动微调电容器。 

选用变容二极管时,应着重考虑其工作频率、最高反向工作电压、最大正向电流和零偏压结电容等参数是否符合应用电路的要求,应选用结电容变化大、高Q值、反向漏电流小的变容二极管。 

二、二极管的识别与检测    

1.二极管的识别 

晶体二极管在电路中常用VD加数字表示,如:VD5表示编号为5的二极管。在国家标准电路中,常用二极管的符号如图8所示。   

二极管的识别很简单:小功率二极管的负极通常在表面用一个色环标出;有些二极管也采用“P”、“N”符号来确定二极管极性,“P”表示正极,“N”表示负极;金属封装二极管通常在表面印有与极性一致的二极管符号;发光二极管则通常用引脚长短来识别正负极,长脚为正,短脚为负。 

整流桥的表面通常标注内部电路结构或者交流输入端以及直流输出端的名称,交流输入端通常用“AC”或者“~”表示;直流输出端通常以“+”、“~”符号表示。 

贴片二极管由于外形多种多样,其极性也有多种标注方法:在有引线的贴片二极管中,管体有白色色环的一端为负极;在有引线而无色环的贴片二极管中,引线较长的一端为正极;在无引线的贴片二极管中,表面有色带或者有缺口的一端为负极。 

2.二极管的检测 

在用指针式万用表检测二极管时,数值较小的一次黑表笔所接的一端为正极,红表笔所接的一端则为负极。正反向电阻均为无穷大,则表明二极管已经开路损坏;若正反向电阻均为0,则表明二极管已经短路损坏。正常情况下,锗二极管的正向电阻约1.6kΩ。 

用数字式万用表去测二极管时,红表笔接二极管的正极,黑表笔接二极管的负极,此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值,这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。 

若用数字万用表的二极管挡检测二极管则更加方便:将数字万用表置在二极管挡,然后将二极管的负极与数字万用表的黑表笔相接,正极与红表笔相接,此时显示屏上即可显示二极管正向压降值(如图9所示)。不同材料的二极管,其正向压降值不同:硅二极管为0.55~0.7V,锗二极管为0.15~0.3V。若显示屏显示“0000”,说明管子已短路;若显示“0L” 或者“过载”,说明二极管内部开路或处于反向状态,此时可对调表笔再测。            

三、二极管的主要参数 

不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言,必须了解以下几个主要参数: 

1.额定正向工作电流 

额定正向工作电流是指二极管长期连续T作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热,温度上升,温度超过容许限度(硅管为1 40℃左右,锗管为90℃左右)时,就会使管芯过热而损坏。所以,二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如,常用的lN400l型锗二极管的额定正向工作电流为l A。 

2.最大浪涌电流 

最大浪涌电流是允许流过的过量的正向电流。它不是正常电流,而是瞬间电流,这个值通常为额定正向工作电流的20倍左右。 

3.最高反向工作电压 

加在二极管两端的反向电乐高到一定值时,管子将会击穿,失去单向导电能力。为了保证使用安全,规定了最高反向工作电压值。例如,lN400l二极管反向耐压为50V,lN4007的反向耐压为l000v。 

4.反向电流 

反向电流( )是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下,流过二极管的反向电流。反向电流越小,管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系,大约温度每升高1 0℃,反向电流增大一倍。例如2APl型锗二极管,在25℃时,反向电流为250μA,温度升高到35℃,反向电流将上升到500μA,在75℃时,它的反向电流已达8mA,不仅失去了单方向导电特性,还会使管子过热而损坏。硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。 

5.反向恢复时间   

从正向电压变成反向电压时,理想情况是电流能瞬时截止,实际上,一般要延迟一点点时间。决定电流截止延时的量,就是反向恢复时间。虽然它直接影响二极管的开关速度,但不一定说这个值小就好。 

6.最大功率 

最大功率就是加在二极管两端的电压乘以流过的电流。这个极限参数对稳压二极管等显得特别重要。 


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2018-11-15

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