[讨论]晶体二极管介绍

沧海骗子 · 发表于 2005-10-21 14:49:21

一、二极管的特性

二极管最主要的特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图1所示，

图1、二极管的伏安特性曲线

1、正向特性

当加在二极管两端的正向电压（P为正、N为负）很小时（锗管小于0.1伏，硅管小于0.5伏），管子不导通，处于“截止”状态，当正向电压超过一定数值后，管子才导通，电压再稍微增大，电流急剧暗加（见曲线I段）。不同材料的二极管，起始电压不同，硅管为0.5-.7伏左右，锗管为0.1-0.3左右。
2、反向特性
二极管两端加上反向电压时，反向电流很小，当反向电压逐渐增加时，反向电流基本保持不变，这时的电流称为反向饱和电流（见曲线II段)。不同材料的二极管，反向电流大小不同，硅管约为1微安到几十微安，锗管则可高达数百微安，另外，反向电流受温度变化的影响很大，锗管的稳定性比硅管差。
3、击穿特性
当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿（见曲线III)。这时的反向电压称为反向击穿电压，不同结构、工艺和材料制成的管子，其反向击穿电压值差异很大，可由1伏到几百伏，甚至高达数千伏。
4、频率特性
由于结电容的存在，当频率高到某一程度时，容抗小到使PN结短路。导致二极管失去单向导电性，不能工作，PN结面积越大，结电容也越大，越不能在高频情况下工作。

二、二极管的简易测试方法

二极管的极性通常在管壳上注有标记，如无标记，可用万用表电阻档测量其正反向电阻来判断（一般用R×100或×1K档）具体方法如表一

表一		二极管简易测试方法
项目	正向电阻	反向电阻
测试方法
测试情况	硅管：表针指示位置在中间或中间偏右一点；锗管：表针指示在右端靠近满刻度的地方（如图所示）表明管子正向特性是好的。如果表针在左端不动，则管子内部已经断路	硅管：表针在左端基本不动，极靠近OO位置，锗管：表针从左端起动一点，但不应超过满刻度的1/4（如上图所示），则表明反向特性是好的，如果表针指在0位，则管子内部已短路

三、二极管的主要参数

1、正向电流IF
在额定功率下，允许通过二极管的电流值。
2、正向电压降VF
二极管通过额定正向电流时，在两极间所产生的电压降。
3、最大整流电流（平均值）IOM
在半波整流连续工作的情况下，允许的最大半波电流的平均值。
4、反向击穿电压VB
二极管反向电流急剧增大到出现击穿现象时的反向电压值。
5、正向反向峰值电压VRM
二极管正常工作时所允许的反向电压峰值，通常VRM为VP的三分之二或略小一些。
6、反向电流IR
在规定的反向电压条件下流过二极管的反向电流值
7、结电容C
结电容包括电容和扩散电容，在高频场合下使用时，要求结电容小于某一规定数值。
8、最高工作频率fm
二极管具有单向导电性的最高交流信号的频率。

四、常用晶体二极管

1、整流二极管
将交流电源整流成为直流电流的二极管叫作整流二极管，它是面结合型的功率器件，因结电容大，故工作频率低。
通常，IF在1安以上的二极管采用金属壳封装，以利于散热；IF在1安以下的采用全塑料封装（见图2）由于近代工艺技术不断提高，国外出现了不少较大功率的管子，也采用塑封形式。

（a)全密封金属结构	（b）塑料封装
图2 二极管封装

2、检波二极管
检波二极管是用于把迭加在高频载波上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。
3、开关二极管
在脉冲数字电路中，用于接通和关断电路的二极管叫开关二极管，它的特点是反向恢复时间短，能满足高频和超高频应用的需要。
开关二极管有接触型，平面型和扩散台面型几种，一般IF＜500毫安的硅开关二极管，多采用全密封环氧树脂，陶瓷片状封装，如图三所示，引脚较长的一端为正极。

图3、硅开关二极管全密封环环氧树脂陶瓷片状封装

4、稳压二极管
稳压二极管是由硅材料制成的面结合型晶体二极管，它是利用PN结反向击穿时的电压基本上不随电流的变化而变化的特点，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）其图形符号见图4

图4、稳压二极管的图形符号

稳压管的伏安特性曲线如图5所示，当反向电压达到Vz时，即使电压有一微小的增加，反向电流亦会猛增（反向击穿曲线很徒直）这时，二极管处于击穿状态，如果把击穿电流限制在一定的范围内，管子就可以长时间在反向击穿状态下稳定工作。

图5、硅稳压管伏安特性曲线

5、变容二极管
变容二极管是利用PN结的电容随外加偏压而变化这一特性制成的非线性电容元件，被广泛地用于参量放大器，电子调谐及倍频器等微波电路中，变容二极管主要是通过结构设计及工艺等一系列途径来突出电容与电压的非线性关系，并提高Q值以适合应用。
变容二极管的结构与普通二极管相似，其符号如图6所示，几种常用变容二极管的型号参数见表一

图6、变容二极管图形符号

表一				常用变容二极管
型号	产地	反向电压（V）		电容量（pF		电容比	使用波段
型号	产地	最小值	最大值	最小值	最大值	电容比	使用波段
2CB11	中国	3	25	2.5	12		UHF
2CB14	中国	3	30	3	18	6	VHF
BB125	欧洲	2	28	2	12	6	UHF
BB139	欧洲	1	28	5	45	9	VHF
MA325	日本	3	25	2	10.3	5	UHF
ISV50	日本	3	25	4.9	28	5.7	VHF
ISV97	日本	3	25	2.4	18	7.5	VHF
ISV59.OSV70/IS2208	日本	3	25	2	11	5.5	UHF

图7(a)是利用变容管的变容特性来调谐本机振荡的频率（电视接收机调谐器中作本机振荡）。图7(b）是一个调谐信号源，用变容管和单结晶体管与恒流二极管组成的锯齿振荡器，利用输出信号进行调频，由于变容管大多数在反偏压下工作，所以应加恒流保护，以防止击穿。

图7、变容二极管的容压特性及等效电路

图8(a)是利用变容管的变容特性来调谐本机振荡的频率（电视接收机调谐器中作本机振荡），图8(b)是一个调谐信号源，用变容管和单结晶体管与恒流二极管组成的锯齿波振荡器，利用输出信号进行调频，由于变容管大多数在反偏压下工作，所以应加恒流保护，以防止击穿。

图8、变容管应用实例

6、阶跃恢复二极管
阶跃恢复二极管是一种特殊的变容管，也称作电荷储存二极管，简称阶跃管，它具有高度非线性的电抗，应用于倍频器时代独有的特点，利用其反向恢复电流的快速突变中所包含的丰富谐波，可获得高效率的高次倍频，它是微波领域中优良的倍频元件。
阶跃管的特性是建立在PN结杂质的特殊分布上，和变容管相似，阶跃管的符号如图9所示，它的直流伏安特性与一般PN结构相同。

图9、阶跃恢复二极管的图形符号

阶段管的特点是：当处于导通状态的二极管突然加上反向电压时，瞬间反向电流立即达到最值IR，并维持一定的时间ts，接差又立即恢复到零，电流和时间的关系见图10所示

图10、阶跃管电流与时间的关系

阶跃管主要用于倍频电路和超高速脉冲整形和发生电路，图11(a)是一个曲型的高次频器，利用阶跃管，很容易做到高达20次倍频而仍保持高效率。图11（b）是利用阶跃管的脉冲整形电路，图11(c）是整形前后的波形比较。