《电工电子元器件认识-晶体二极管结构与用途.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子元器件认识-晶体二极管结构与用途.doc（11页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、晶体二极管结构与用途任务目标;二极管的结构，参数、和用途。学习目标；了解二极管的结构，参数、和用途。晶体二极管又叫半导体二极管，是半导体器件中最基础的器件，它是由半导体单晶 材料（硅和锗）制成，所以也叫半导体器件。二极管在当代汽车电路中应用较多，如发电机的整流电路（如图1所示）、音响保护电路、汽车电脑稳压电路和保护电路 （如图2 所示）等。图1整流二极管图2贴片二极管1、晶体二极管的结构、电路符号和分类具有一个PN结的半导体器件称为半导体二极管，简称二极管。晶体二极管是由一个PN结加上接触电极、引线和管壳构成 的，从P区引出的线为正极或称阳 极，从N区引出的线为负极或称阴 极，用字母“ D&q
2、uot;表示。晶体二极管电 路符号如图3所示。根据PN结接触面的大小，二极 管可分为点接触型和面接触型两类。 如图4所示，图a）为点接触型，图 为面接触型。图4晶体二极管结构a）点接触型b）面接触型点接触型二极管（一般是锗型二极管）的特点PN结的结面积小，不能通过大电流，只能 通过儿十毫安以下的电流。但是，由于其PN结的结电容小，因此，可用于高频信号的检波电路、脉冲数字电路以及微小电流的整流电路。使用时应注意，它不能承受较高的反向电 压和大电流。面接触型二极管（一般是硅型二极管）的特点PN结的结面积大，可以通过较大的电流 （儿白毫安至儿白安），但是，由于其结电容大，因此，不能用在高频电路中，只
3、适用于低 频电路和整流电路中。在汽车上发电机整流电路中都采用面接触型二极管。根据所用半导 体材料不同可分：锗型二极管和硅型二极管两大类。依据用途不同可分：普通二极管、整流二极管、开关二极管、稳压二极管、光电二极管、 发光二极管等。2 、国产晶体二极管命名按国家标准GB249-74规定，国产二极管的型号由五个部分组成。国产二极管型号见 表5。国产二极管型号表5第藹分第二部分第三部分第四部分第五部分用数字表示器 件的电昨冃用汉语拼咅字母表朮 器杵的材料制根性用汉语拼音字母表示器件的类取用数字崔朋器件序号州汎谙拼晋字呼2-根管A-N楮材斛 BP错材料 C腑材斛 P就材料E化合物材料vp-fviin压
4、恃2-搭流管L-整謊堆K 幵美曾F-投光管U-光电管1的琴期段示同型可中的3、二极管的检测1）判断二极管的极性（1）从外观上识别二极管的极性二极管的极性，有的可以从外观上进行识别。有一种透明外壳的二极管，有晶片的一 边为负极，另一端为正极。有的二极管上有色点标志，有红点的一边引线为负极，另一端 为正极；大部分二极管上面有符号标志，有的画有色环，那么标有色环的一端就为负极，另 一端为正极。正向测量反向测量（2）用万用表来识别二极管的极性如果二极管上没有以上所述标志时，二极管的极性可以用万用表来检测识别。把数 字万用表打到二极管档，两表笔分别接触二极管的两个引脚，必然有一次有数字显示（如图2-55
5、所示），一次没有（如图2-56所示），那么显示数字时，红表笔接的一端为正极，另一 端为负极，显示的数字则为该二极管的电压降（起始电压），通常情况下，硅管的压降为0.6V 0. 7V，锗管的压降为 0. 2 v 0. 3 v （稳压管除外），测试时，如果二极管的压降超 过了规定值管了就不合格。2）判断二极管的好坏在判断二极管极性时，若两次测得的显示均很小，则二极管内部短路；若两次测得的数值均为无穷大，则说明二极管内部断路，若两次测得的数值差别甚大，则说明二极管很 好。4、二极管的参数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正常工作时允许通过的最大正向电流值。因为电 流通过管了时会
6、使管芯发热，温度上升，温度超过允许限度（硅管为140度左右，锗管为90度左右）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。常用的IN4001-4007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。2 ）最高反向工作电压最高反向工作电压是指加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管了击穿， 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:IN4001二极管反向耐压为 50v, IN4007反向耐压为1000V。3 ）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，管了的单方向导电性能越好。值得注意的是反
7、向电流与温度有着密切 的关系，大约温度每升高 10C，反向电流增大一倍，例如2AP1型锗二极管，在25 C时反向电流若为250uA,温度升高到35 C,反向电流将上升到 500uA,依此类推，在75 C时， 它的反向电流已达 8mA不仅失去了单向导电特性，还会使管了过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25C时反向电流仅为 5uA,温度升高到75C时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。5 、常用二极管的介绍1）整流二极管整流二极管多用于硅材料制成的它有金属封装和塑料封装两种，它是利用PN结的单向导电特性，把交流电变成脉冲直流电，由于整流二极管整流的电流较
8、大，所以多数采用 面接触型制成。（1）单相半波整流电路单向半波整流电路如图7所示，整流二极管 D,把交流电变成脉动直流电。电源变压器B,把U1变成整流电路所需的电压U2。U1RL图7单向半波整流 U2为正半周时，A点电位高于B点 电位，二极管 D正偏导通则 UL U2。 U2为负半周时，A点电位低于B点 电位，二极管 D反偏截止，则 UL Q(1) U2一周期内，负载只有单方向的半 个波形，这种大小波动，方向不变的电压 或电流称为脉动直流电。上述过程说明， 利用二极管单向导电性可把交流电U2变成脉动直流电。由于电路仅利用U2的半个波形。故称为半波整流电路。如图8所示。图8半波整流输入与输出波形
9、(2)全波整流电路如图 9所示。它实际上是由两个半波整流电路组成。由图中可以看出， 电源变压器的次级绕组具有中心抽头，它的两个绕组是完全对称的。因此Ua和Ub这两个 电压，大小相等而相位相反。当正弦交流电正半周期问。 Ua上正下负，D1因受正向电压的作用而导通，电流白 a流 出，经D1流过负载RL,也回到次级绕组的中心抽头 0; Ub上正下负，D2因承受反向电压 而截止，因此在 Ub所构成的回路中没有电流流通。当正弦交流电在负半周期问Ua上负下正，D1随反向电压而截止，Ua所构成的回路中无电流过；而Ub则上 负下正，对 D2来讲是正向电压，因 而D2导通，电流白b点流出，经D2 流过负载RL,
10、也回到次级绕组的中 心抽头0。图9全波整流D1, D2轮流导通。但由此可见，在一对大小相等极性相反的交流电压的整个周期中， 流过负RL中的电流总是单一方向的全波脉动电流。如图10所示。（3）单相桥式整流电路图11桥式整流单相桥式整流电路是由四个二极管组成。把这四个二极管接成一个电桥形状，故称 桥式整流电路。如图11所示。桥式整流电路的工作原理：当电源变压器B加上正弦交流电压后，在交流电正半周时， 变压器的输出A端为正（高电位），B端为负（低电位）。这时二极管 D2, D4加的是正向电压 而导通；D1, D3则因加的是反向电压而截止。因此形成了电流从A端经D2, RL（用电器）D4而回到B端（回
11、到负极）。在交流电负半周期时，变压器输出端的A为负，B为正。这时D3, D1回到A端负极。由此可知，无论交流电如何变化，但经过负载（RL）的电流总是从 G点流入而从H流出，即G点总是正电压，H点急是负电压。整流出的是全波形。（4）全桥的外型与引脚全桥的内部是由四个二极管组成，只不过是把四个二极管封装连一起，其辨认方法 是在全桥的顶端或者侧面有标有“十”的标记，它就是正电压，输出而标有“十”标记的 对角对负极，另外两脚则为交流输入端。如图 12所示。图12整流桥(5) 三相桥式整流器三相桥式整流器如图13所示，汽车发电机三相桥式整流电路的原理如图14所示。利用二极管的单相导电性将三相交流电转换为
12、直流电，交流发电机的整流器采用的是三相 桥式全波整流电路，其中 D1, D3, D5三个二极管组成共阴极二极管组D2, D4, D6三个二极管组成共阳极二极管组。三相变压器的二次绕组为星形连接，引出三根线和桥式整流器 相接。三相正弦交流电相位差位120°，整流电压在 RL上产生直流电流。图14汽车发电机三相桥式整流电路原理图图13汽车整流器 工作原理当三相电压中C点为高电压，B点为 最低电压。按照电流最高电位电流向最低电 位点的原则，D5和D4随正向电压而导通。负载电流电路为 C点一 D5-RL-D4-B点。当三相电压中 A点为最高，B点最低， 于是D1和D4承受正向电压而导通。负载
13、电 流电路为 A点一 D1-RL-D4-B点。当三相电压中A点最高，C点最低，此 时D1和D6承受正向电压而导通。负载电流 电路为B点一 D3-RL-D6-C点。综上所述，可得以下结论：a在共负极组中，哪个二极管正极电位最高，哪个二极管就导通，其余两个截止；在共正极组中，哪个二极管的负极电位最低，哪个二极管就导通，其余两个截止。b 三相交流电压经过三相桥式整流电路的整流，在负载上得到的是一个单向脉动的 直流电压。三相桥式整流电路输出电压的脉动小，而且在直流电压相等的情况下，整流管承受 的最大反向电压比三相半波时小一倍。目前国内外汽车交流发电机，都采用三相桥式整流 电路将交流电变为直流电。2)稳
14、压二极管稳压二极管是一种用特殊工艺制成的面接触型二极管，又称齐纳二极管，如图15所示。电路符号如图16所示。它和普通二极管的不同之处是工作在反向击穿状态，而且在反 向击穿电消失后，仍能恢复单向导电性。由于它在电路中与适当数量的电阻配合后能起到 稳定电压的作用，故称为稳压管。它广泛用在稳压设备和电了电路中，如汽车交流发电机 电了调节器和电了点火等电路均用到稳压管。图15稳压二极管稳压二极管通常由硅半导体材料采用合金法或扩散法制成。它既具有普通二极管的单 向导电特性，又可工作于反向击穿状 态。在反向电压较低时，稳压二极管截 止;当反向电压达到一定数值时，反向电 流急剧增大，稳压二极管进入击穿区，
15、此时即使反向电流在很大范围内变化 时，稳压二极管两端的反向电压也能保 持基本不变。但若反向电流增大到一定 数值后，稳压二极管则会被彻底击穿而 损坏。稳压二极管常用型号见表26。|>F图16稳压二极管电路符号稳压二极管常用型号表26昌外型号相压值(V)1*1内粋比艷号1N7-I6H23 MA.1030 RDL17B RD217&E2. 5-3. E2CW511N7I7IN'.JSAl RD3.S. 9-1. 52CA521M7501N752LN7S3 HZfi HZfi. 2E 05ZS. 6E RDfcAS. 5-. 52CW5-1HZ6, SBSA RD6l GE R0
16、7A6. 2-匚 5四眄E1N75IN756 HZ7 HZ7.5E 0SZ7. 5 RD7. 5皿弓2CW561N757HZ9 RDSAB. 5-9. 52CW571N7CBH21BA RDtOB9, 2-10, &2CA5S1N711- T1 -； ' 1 10-11.12CWE9)193H2：2E 兀212 BZV;9C：2 EID12E11. 5-121 5SCMD1PI7171N9641S270 比 l 理Z HAL130I 2. 2-曰2CW611N710IN96E LM96E1；：、13. 5-172CK2139“AZ13-2 0521S RD18E1G-192CF
17、6S1N96 日HZ20-： RD20E：8-211N969H2Z4E RD24E20-242Cff651M9700222423-262CA661N971HZ2?25-2S2Cfff371K97：RD31E37-322Cff6S1N弼31N9和 H2?S3 ZUO219E UFV574J31-35ECW由于稳压管工作在反向击穿下，因而在电路中，应该反接，即稳压管的正极必须接 负电位，负极接正电位。 工作原理从l=U/R得知，在电阻一定的电路中，电流的变化与电压的变化成正比，即电压增 大，电流变大；电压减小，电流变小。当整流滤波后获得的直流电输入稳压电路时，直流电 通过限流电阻R,加到稳压管 D
18、上，使稳压管击穿，工作在击穿区内。这时的稳压管就像 一个可以自动调整的可变电阻。如图17所示，从图中可以看到，稳压管D与负载RL并联在一起，因此，流经 R的电流，IR等于流过稳压管 D与负载RL的电流之和，稳压管 D就起到与负载 RL分流作用。当变压器输入端交流电在一定范围内波动时，变压器次级也受初级的影响，从而引起滤 波之后的电压波动。当电压升高时，流过R的电流增大，限流电阻 R上的压降就会增大稳压管的内阻减小，电流增大；当滤波后的电压降低时，流过R的电流减小，压降也同时减小，这时稳压管的内阻增大，通过它的电流也减小，这样无论输入电流怎么变化，都会 使输出的直流电压不变。当负载电流增大时，R
19、上的反向压降也会增大，流过稳压管的工作电流就会减小；当负载RL的电流减小时，R上的反向压降就会减小，同时稳压管的工作 电流就会增大，这样无论负载电流如何变化都会使限流电阻R上的电流基本不变，从而保证了输出电压的稳定性。输入R 7fDj RLJ输出图17稳压电路稳压二极管的电路应用，如图18所示。稳压二极管选用：根据电路的要求选择稳压值，稳压管的各种参数很多，重要的是要注意它的稳压值和功率。例：汽车电了调节器中的稳压管，它需要稳定12V的电压，你如果在选用或代换时选择的不合适就会造成故障，稳压值小了(9V就会提前稳压或被击穿，稳压值大了 (2 4V会造成稳压错后，从而起不到稳定所需要的电压值。图
20、18稳压二极管电路应用对于过压保护的稳压二极管来说，选用时稳压值不能过大也不能较小。稳压管的使用：稳压二极管的稳压值一般都直接标在其管壳上，使用时切记正负极性 的接法，因稳压管时工作在反向电压状态下，所以，稳压管的负极应接电源的正极，正极 接电源的负极。3)发光二极管与光电二极管(1) 发光二极管是一种能够发光半导体二极管。它能把电信号转换为光信号，其英文名称为LightEmittingDiode ，通常缩写为“ LED"。如图19所示。图19直插发光二极管制作发光二极管 PN结的半导体材料是磷化稼、磷砷化稼。发光二极管(LED)上有小透镜，带有红点或引出端较长的电极为发光二极管的正
21、极。直插发光二极管电路符号如 图20所示。图20发光二极管的电路符号a）新图形符号 b ）旧图形符号当LED正向偏置时，PN结空穴和电了复合产生的能量以光的形式释放。不同材料制 造的LED可发出不同颜色的光。在LED的PN结上加1.5VA-3. 0V正向电压时，二极管导通，工作电流一般为 3-5mAo半导体晶片在通过电流时能发出一定波长的光线，其发光强度 与电流成正比。（2）发光二极管检测方法 从外观加以判别，通常情况下，弓I脚长的为正极，短的为负极。 性能的检测用数字万用表二极管档，检测其压降，正反测两次，应一次通一次不通，通时发光管 亮，此时红表笔接的为正极，黑表笔所接为负极，如两次都通说
22、明发光二极管以短路（击穿），两次都不通为开路（断路）。 焊接发光二级光时，焊接其引脚的时问不能太长，温度不能太高，以免损坏该 管。（3）发光二极管的工作电压其工作电压一般为1. 5V-2. 5V ，电路只要满足工作电压的需要，不论是直流还是交流都可以工作。（4）光电二极管光电二极管也称光敏晶体管。光电晶体管是利 用光电效应将光信号转变为电信号的半导体器件，它 们在汽车点火系统和微机控制系统的传感器以及发动 机转速传感器中得到了应用，并广泛用于光信号检测 和光信号转换电路中。光电二极管如图21所示，电路符号如图22所示。图21光电二极管图22光电二极管电路符号(5) 光敏二极管的特性光敏二极管在
23、管壳上有一个能入射光线的透镜，入射光通过这个窗可以照射在管芯 上。光敏二极管工作时应加反向电压，当无光照射时，它与普通二极管一样，也是单向导 通，此时，相当于二极管截止，当有光照射时，在反向电流的作用下，反向电流大大增 加，形成光电流，光电流随着入射光强度的变化而变化，也就是说，光照越强，光电流越 大。光电二极管的反向耐压值一般为10V-15V(6) 光敏二极管的检测和引脚识别光敏二极管的检测：用数字万用表二极档去测其正向压降应为1V左右，然后用挡板挡住该接收透镜测其反向压降，此时应为无穷大，然后让透镜受光，测其反向压降，此时 表上有数字显示并且该数字随光的强度在变化，光线越强导通量越大，如果测其反向压降 没有变化说明该管是坏的。引肚口的识别：通常直接查光敏二极管的引脚的长短，即可以区分，弓I脚长的为正， 短的为负，对于有色点或关键标识的管了其靠近标识的一脚为正极，另一脚为负极，让透 镜受光，用红、黑表笔对调测试有数字显示时红表笔为正极，黑表笔为负极。3) 光敏二极管的典型电路如图23所示。图23汽车前大灯自动变光电路