晶体二极管 简称二极管,它和晶体三极管一样都是由半导体材料 制成的。所谓半导体,是指导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质,常用的半导体材料有硅和锗。我们常听说的美国硅谷,就是因为 起先那里有很多家半导体厂商。
半导体材料有两个显著特性:一是导电能力的大小受杂质缝多 少影响极大,如硅中只要掺入百万分之一的硼,导电能力就可以提高 50万倍以上;二是导电能力受外界条件的影响很大,如温度、光照 的变化,都会使它的电阻率明显改变。利用这些恃性,可以制造出用 途广泛、各具特点、功能不一的半导体器件。
晶体二极管种类很多,常用的有普通二极管(用于整流、检波、 开关等)和具有特殊性能的二极管(如稳压二极管、发光二极管、恒流二极管、变容二极管、光敏二极管等)。我们常说的二极管,一般即指普通晶体二极管。下面就让我们从认识使用最广泛的普通晶体二极管开始吧。
半导体材料按导电类型不同,分成P型半导体和N型半导体两类。如果把一小块半导体材料一边做成P型,另一边做成N型,在它们的交界处就形成了PN结,如图4-1所示。简单地说,把一个带有引线的PN结封装在玻璃管、塑料体或金属的外壳里,就构成了二极管。
晶体二极管有两根电极引线,一根是正极(接内部P型半导体材料),另一根是负极(接内部N型半导体材料)。单向导电性是二极管的基本特性。我们把电池G、小灯泡H二极管串联起来,连成图4-2所示的电路。在图4-2 ( a )中,电池正极接在二级管正极上,&nbSp;电池负极通过小灯泡接在二极管的负极上。这时 二极管加的是正向电压,小灯泡发光。在图本4-2 ( b)中,二极管正、 负极引线倒换过来,二极管加的是反向电压,小灯泡就不能发光。二极管加上正向电压时,电阻很小,能良好导通,加上反向电压时,电 阻很大,接近开路截止。这就是它的单向导电性。这个特性也可以理 解为:在电路中,二极管只准电流从其正极流向负极,不准反向流通。
晶体二极管在收音机中对无线电波进行检波,在电源变换电路中 把交流电变换成为脉动直流电,在数字电路中充当无触点开关等,都是利用了它的单向导电特性。
晶体二极管外形和种类
图4-3所示是几种常见的普通二极管的实物外形图
普通二极管按照所用的半导体材料不同,可分为锗二极管和硅二极管;按管芯结构不同,可分为图4-4所示的点接触型二极管、面接触型二极管和平面型二极管;根据管子用途不同,又可分为整流二极管、检波二极管、开关二极管等。
点接触型二极管是用一根很细的金属触丝压在光洁的半导体表面上,通以强脉冲电流,使触丝一端和半导体牢固地烧结在一起,构成 PN结,如图本4-4 ( a )所示。点接触型二极管因触丝与半导体接触面很小,只允许通过较小的电流(几十毫安以下),但在高频下工作性能很好,适用于收音机中对高频信号的检波和微弱交流电的整流。国产锗二极管2AP系列、2AK系列,都是点接触型的。
面接触性二极管的PN结面积较大,并做出平面状,如图4-4 ( b) 所示。它可以通过较大的电流,适用于对电网的交流电进行整流。国产大部分2CP系列和2Cz系列的二极管都是面接触型的。
硅平面型二极管的恃点是在PN结表面覆盖了一层二氧化硅薄膜, 避免了 PN结表面被水分子、气体分子以及其他离子等沾污,如图 4-4(c )所示。这种二极管的特性稳定可靠,多用于开关、脉冲及超高频电路中。国产2CK系列二极管就属于这种类型。
晶体二极管主要参数
晶体二极管的参数很多,常用检波、整流二极管的主要参数有以下几项。
1) 最大整流电流(lFM )。这是指二极管长期连续工作时,允许 正向通过P N结的最大平均电流。最大整流电流亦称额定正向工作电 流。使用中,实际工作电流应小于二极管的该参数,否则将损坏二极 管。例如,常用2AP9型锗检波二极管的最大整流电流为5mA, 1N4001、1N4007型硅整流二极管的最大整流电流均为1A.
2)最高反向工作电压(URM)。这是指反向加在二极管两端而不致引起PN结击穿的最大电压。使用中应选用URM大于实际工作电压2 倍以上的二极管,如果实际工作电压的峰值超过该参数,二极管就有被击穿的危险。例如,常用2AP9锗检波二极管的最高反向工作电 压为15V , 1N4001型硅整流二极管的最高反向工作电压为50V , 1N4007型硅整流二极管的最高反向工作电压为1000V。
3)正向电压降(uF) 。指二极管导通时其两端产生的正向电压降, 在规定的正向电流下二极管的正向电压越小越好。例如,对于常用的小型锗二极管来说,这个电压≧2V,而硅管的正向电压降则泛≧0.65V。
4) 反向电流(lR)。是指二极管在规定的温度和最高反向电压作 用下,流过二极管的电流。反向电流越小,管子的单向导电性能越好。一般硅二极管的反向电流为10uA或更小,锗二极管的反向电流约为几百微安
5)最高工作频率(fM )。由于PN结极间电容的影响,使二极管所能应用的工作频率有一个上限,fM是指二极管能正常工作的最高频率。 在作检波或高频整流使用时,应选用fM至少2倍于电路实际工作频率 的二极管,否则不能正常工作。例如,常用2AP9型锗检波二极管的 最高工作频率为100MHz , 1N4000系列硅整流二极管的最高工作频率 为 3kHz。
晶体二极管型号命名
国产晶体二极管的型号命名规定由5个部分组成(也有省掉第5部分的),格式和含义如图4-5所示。第1部分用阿拉伯数字“2”表示二极管;第2部分用汉语拼音字母表示管子的材料和极性,如A为锗N型、B为锗P型、C为硅N型、D为硅P型;第3部分汉语拼音字母表示管子的类型,如P为普通管(小信号管)、K为开关管、V为混频检波管、W为稳压管、Z为整流管、L为整流堆、S为隧道管、N为阻尼管、U为光敏管;第4部分(阿拉伯数字)、第5部分(汉语拼音字母)分别为产品序号和规格、主要区分最大整流电流、最高反向工作电压、最高工作频率等参数的差异,具体可查有关手册。例如:2AP9表示N型锗材料普通检波二极管,2CZ54F表示N型硅材料整流二极管,2CK20表示N型硅材料开关二极管等。
源于国外的常见晶体二极管的型号有1N4000系列,目前在各种电子装置中应用很普遍,几乎取代了国际型号的产品,但实际上这些二极管并非全部是进口货,大多数为国产。