全国普通高校电子信息类专业规划教材汽车电路与电子技术基础(任务驱动版)

第5章半导体二极管及其应用 5.1任务1： 二极管基础知识认知 5.1.1半导体二极管 半导体二极管简称二极管，是一种非线性半导体器件，它具有单向导电特性，广泛用于整流、稳压、检波、限幅等场合。 1. 结构 半导体二极管是由一个PN结加上管壳封装而成的，从P端引出的一个电极称为阳极，从N端引出另一个电极称为阴极。二极管的实物外形如图51所示。 图51二极管的实物外形图 2. 类型 按制造二极管的材料分类，有硅二极管和锗二极管。按用途来分类，有整流二极管、开关二极管、稳压二极管等。按结构来分类，主要有点接触型、面接触型、平面型二极管。 点接触型二极管的PN结面积小，结电容也小，因而不允许通过较大的电流，但可在高频率下工作； 而面接触型的二极管由于PN结面积大，可以通过较大的电流，但只在较高的频率下工作。二极管的内部结构及符号如图52所示。 图52二极管的内部结构及符号 3. 特性 流过二极管的电流与其两端电压之间的关系曲线称为二极管的伏安特性，如图53所示。伏安特性表明二极管具有单向导电特性。 图53小功率硅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数值较小时，由于外电场不足以克服内电场，故多数载流子扩散运动不能进行，正向电流几乎为零，二极管不导通，把对应的这部分区域称为“死区”。死区电压的大小与材料的类型有关，一般硅二极管为0.5V左右； 锗二极管为0.1V左右。 当正向电压大于死区电压时，外电场削弱了内电场，帮助多数载流子扩散运动，正向电流增大，二极管导通，这时正向电压稍有增大，电流会迅速增加，电压与电流的关系呈现指数关系。图53中曲线显示，管子正向导通后其管压降很小(硅管为0.6~0.7V，锗管为0.2~0.3V)，相当于开关闭合。 (2) 反向特性。当二极管加反向电压时，外电场作用增强了内电场对多数载流子扩散运动的阻碍作用，扩散运动很难进行，只有少数载流子在这两个电场的作用下通过PN结，形成很小的反向电流。由于少数载流子的数目很少，即使增加反向电压，反向电流仍基本保持不变，称此电流为反向饱和电流。所以如果给二极管加反向电压，二极管将接近于截止状态，这时相当于开关断开。 (3) 反向击穿特性。如果继续增加反向电压，当超过UB时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。UB为反向击穿电压。反向击穿后，如果不对反向电流的数值加以限制，将会烧坏二极管，所以普通二极管不允许工作在反向击穿区。 4. 参数 为了正确、合理地使用二极管，必须了解二极管的指标参数。 (1) *大整流电流IF。*大整流电流是指二极管长期工作时，允许通过管子的*大正向平均电流。因为电流通过PN结要引起管子发热，电流太大，发热量超过限度，就会使PN结烧坏。 (2) *高反向工作电压URM。指允许加在二极管上的反向电压的*大值。一般手册上给出的*高反向工作电压约为击穿电压的一半，以确保管子安全工作。 (3) 反向电流IR。指在室温下，二极管两端加上规定反向电压时的反向电流。其数值越小，说明二极管的单向导电性越好。硅材料二极管的反向电流比锗材料二极管的反向电流要小。另外，二极管受温度的影响较大，当温度增加时，反向电流会急剧增加，在使用时需要加以注意。 表51、表52、表53、表54列出了2AP、2CZ、国外1N系列中2AP1~2AP10型号二极管的主要参数。 表512AP1~2AP10半导体二极管型号和主要参数 型号*大整流电流/mA反向击穿电压/V*高反向工作电压/V*高工作频率/MHz 2AP116≥4020150 2AP216≥4530150 2AP325≥4530150 2AP416≥7550150 2AP516≥11075150 2AP612≥150100150 2AP712≥150100150 2AP835≥2010150 2AP98≥2015100 2AP108≥3530100 表522CZ系列部分硅整流二极管型号和主要参数 型号*大整流电流/A*高反向工作电压/V正向电压降/V反向漏电流/A储存温度/℃ 2CZ52A~M0.1 2CZ53A~M0.3 2CZ54A~M0.5 2CZ55A~M1 2CZ56A~M3 2CZ57A~M525~1000 ≤1.0 ≤0.8 ≤5 ≤10 ≤20 -40~+150 140 表532CZ系列硅整流二极管*高反向工作电压分挡标志 *高反向工作电压/V25501002003004005006007008009001000 分挡标志ABCDEFGHJKLM 表54国外1N系列普通二极管和主要技术参数 型号*高反向工作电压/V*大整流电流/A正向电压降/V反向电流/A 1N4001501≤1≤10 1N40021001≤1≤10 1N40044001≤1≤10 1N400710001≤1≤10 1N54011003≤1.2≤10 1N54044003≤1.2≤10 1N54078003≤1.2≤10 1N540810003≤1.2≤10 5.1.2特殊二极管 特殊二极管包括稳压二极管、发光二极管、光敏二极管、光电池等。 1. 稳压二极管 稳压二极管是一种能稳定电压的二极管，如图54所示为它的伏安特性及符号图。稳压二极管的正向特性曲线与普通二极管相似，反向特性段比普通二极管更陡些，稳压管能正常工作在反向击穿区BC段内，在此区段，反向电流变化时，管子两端电压变化很小，因此具有稳压作用。 图54稳压二极管的伏安特性及符号 稳压二极管的主要参数如下。 稳定电压UZ——是指在规定测试条件下，稳压管工作在击穿区时的稳定电压值。例如，2CW53型硅稳压二极管在测试电流IZ=10mA时稳定电压UZ为4.0~5.8V。 *小稳定电流IZmin——指稳压管进入反击穿区时的转折点电流。稳压管工作时，反向电流必须大于IZmin，否则不能稳压。 稳定电流IZmax——指稳压管长期工作时，允许通过的*大反向电流。例如，2CW53型稳压管的IZmax=41mA。在使用稳压二极管时，工作电流不允许超过IZmax，否则可能会过热烧坏管子。 稳定电流IZ——指稳压管在稳定电压下的工作电流，其范围在IZmin~IZmax之间。 耗散功率PZM——指稳压管稳定电压UZ与*大稳定电流IZmax的乘积。在使用中若超过这个数值，管子将被烧坏。 动态电阻rZ——是指稳压管工作在稳压区时，两端电压变化量与电流变化量之比，即rZ=ΔUZ/ΔIZ，动态电阻越小，稳压性能越好。 2. 发光二极管 发光二极管(LED)是一种能把电能转换成光能的半导体器件，它由磷砷化镓(GaAsP)、磷化镓(GaP)等半导体材料制成。当PN结加正向电压时，多数载流子在进行扩散运动的过程相遇而复合，其过剩的能量以光子的形式释放出来，从而产生具有一定波长的光。发光二极管的实物图和符号如图55所示。 图55发光二极管的实物图和符号 3. 光敏二极管 光敏二极管的PN结与普通二极管不同，其P区比N区薄得多，为了获得光照，在其管壳上设有一个玻璃窗口。光敏二极管在反向偏置状态下工作，无光照时，光敏二极管在反向电压作用下，通过管子的电流很小； 受到光照时，PN结将产生大量的载流子， 图56光敏二极管 的符号 反向电流明显增大。这种由于光照射而产生的电流称为光电流，它的大小与光照度有关。光敏二极管的符号如图56所示。 4. 光电池 光电池又称为太阳能电池。它的PN结面积较大，不需外加电源，能够直接把光能变成电能。它的导通电流和光照基本上成正比，可以用来做光控器件和光电转换器件。如能提高其转换效率、降低生产成本，则太阳能电池是很有发展前途的。 5. 红外接收发射头 常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管； 由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。 接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外发光二极管一般有圆形和方形两种。 5.2任务2： 二极管的识别与检测 5.2.1半导体分立器件的型号命名方法 1. 国产半导体器件的命名方法 根据GB 249—1974规定，国产半导体器件的型号由五部分组成，如图57所示。各部分的符号意义见表55所示。 图57国产半导体器件的命名方法 表55我国半导体器件型号组成部分的符号及其意义 **部分 (用数字表示器件的电极数目) 第二部分 (用汉字拼音字母表示器件的材料和极性) 第三部分 (用汉语拼音表示器件的类型) 第四部分 (用数字表示器件序号) 第五部分 (用汉语拼音字母表示规格号) 符号含义符号含义 2二极管A B C DN型,锗材料 P型,锗材料 N型,硅材料 P型,硅材料 3三极管A B C D EPNP型,锗材料 NPN型,锗材料 PNP型,硅材料 NPN型,硅材料 化合物材料 符号含义符号含义 P V W C Z L S N U K X G普通管 微波管 稳压管 参量管 整流管 整流堆 隧道管 阻尼管 光电器件 开关管 低频小功率管(fa 高频小功率管(fa≥3MHz,PC