晶体二极管的种类与选用

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半导体二极管又叫晶体二极管,它是由一个PN结所组成的。由于晶体二极管具有单向导电的性能,因此常用它作为整流和检波元件。

常见二极管的外形如图1所示。在电路中用图2(a)所示符表示。晶体二极管都有两根引线,接P型半导体的引线叫正极,接N型半导体的引线叫负极,如图 2(b)所示。

图1
图1 🔍原图 (573×654)
图2
图2 🔍原图 (472×315)

二极管的种类

晶体二极管按用途来分有整流管、检波管、稳压管、开关管、光电管、变容管等,它们在电路中符号有些区别,详见图3。

图3
图3 🔍原图 (442×683)

晶体二极管从结构来分有点接触型和面接触型两类。点接触型二极管是由一根很细的金属丝热压在半导体晶片上面制成的。在热压过程中,金属丝与晶片接触点形成一个很小的PN结,如图4所示。这种二极管能够在较高的频率下工作,但允许通过的电流较小,一般宜用于检波。面接触型二极管是采用特殊工艺,使P型和N型半导体材料在较大的接触面上形成PN结而制成的,如图5所示。这种管子的结电容较大,工作频率不高,但PN结的面积较大,允许通过的电流较大,适用于低频条件下作整流管。

图4
图4 🔍原图 (439×237)
图5
图5 🔍原图 (327×270)

从组成PN结的材料来分,有硅管和锗管两种。它们在起始导通电压上差别较大。所谓起始导通电压是指开始导通的正向电压。锗管是由锗半导体材料制成的。它的起始导通电压较小,大约是0.2伏;硅管是由硅半导体材料制成的。它的起始导通电压较大,约为0.6伏。由于硅管的导通电压较高,用它做小信号检波时,灵敏度低、线性差。但硅管的反向耐压较高,允许的工作温度也较高,因此适用于整流和开关等大信号的场合。锗管的起始导通电压较小,反向耐压低,允许的工作温度也较低,因此适用于小信号检波。

从封装材料来分,有玻璃管壳、金属管壳、塑料管壳和环氧树脂管壳等多种。体积较小的检波管,一般都采用玻璃管壳;工作电流较大,耐压不高的整流管,为便于散热,多采用金属管壳,而且管壳一端做成螺杆状,便于安装在散热板上,参看图1。

二极管的主要参数

晶体二极管的种类繁多,性能各异。即使是同一型号的管子,因制造工艺等方面的原因,它们的实际性能也略有差别。用来表明二极管性能的数据,叫做二极管的参数。主要参数有下列几个:

1.最大整流电流:这是指二极管长期安全工作时允许通过二极管的正向平均电流的最大值。因为电流流过二极管的PN结要耗散一定的功率,使PN结的温度升高。当电流太大时,就会烧坏PN结。因此,为了保证安全,规定二极管整流时的工作电流不能超过最大整流电流。

2.最高反向工作电压,这个参数又叫最大允许反向电压。它是指允许加在二极管上的反向电压的最大值,反映了二极管对反向电压的承受能力。使用时,不允许反向工作电压超过这个数值,否则管子就有击穿的危险。

3.最高反向工作电压下的反向电流:这是指二极管加上最高反向工作电压时,允许流过的反向电流。从理论上讲,二极管具有单向导电特性,即所加正向到达起始导通电压时,它导通,加反向电压时不导通,但实际的二极管都不可能使反向电阻达到无穷大。当加上反向电压时,总会有很小的反向电流。使用中,如果反向电流超过这个数值,二极管就会因过热而烧坏。此外,反向电流太大的管子,有时对整个电路也会产生不良影响。因此,二极管的反向电流越小越好。一般来说,硅二极管的反向电流比锗二极管小得多。

4.最高工作频率:这是指二极管能起单向导电作用时,输入信号的最高频率。由于二极管的PN结存在结电容,当信号频率超过最高工作频率时,结电容的影响很大,二极管就不能正常工作。

上述晶体二极管的主要参数都与温度有关。当管子的温度升高时,实际的参数指标会变差。为了降低温度,一些功率较大的二极管都装有散热片。对二极管的某些参数,工厂就标明了必须装有某种规格的散热片才能达到。

对于各种型号的二极管,国家都规定了必须达到的参数。需要了解时,可查阅《晶体管手册》之类的书籍或有关资料。二极管的选用与简易测量

选用二极管的原则是:根据用途和电路的具体要求来选择二极管的种类、型号及参数。

选择整流管时,应首先了解整流器输入电压、整流器输出电流、整流电路的形式(半波、全波或桥式)等,然后根据这些要求,从《晶体管手册》或有关资料中查找相应的参数值能满足这些要求的二极管的型号。常用的整流二极管的型号有:2CP1~2CP28,2CP31~2CP33,2CZ5,2CZ10~2CZ13;2DZ2,2DZ4等等。

下面举例说明怎样选择收音机整流电源的二极管。已知整流输入电压为交流10伏,整流输出电流为100毫安,整流电源为全波整流电路。从《晶体管手册》中查得:2CP10管子的最大整流电流为100毫安,最高反向工作电压为25伏。可见选用2CP10二极管完全满足要求。当然,如果手头有整流电流更大,反向工作电压更高的管子更可使用。

下面谈谈怎样选用收音机中的检波二极管。国产晶体二极管中,有专门设计用来作检波用的,它们的型号有:2AP1~2AP17,2AP21~2AP28,2AP30等等。这类锗二极管结电容小,工作频率较高,检波效率也较高,都可作检波用。但其中2AP9和2AP10具有物美价廉的特点,因而使用更广泛。业余自装收音机除了选用上述各种二极管之外,也可选用2AK型开关管,还可以用一个结(最好是b-ePN结)是完好的废锗高频三极管代替。但应注意,低频整流管、低频三极管及高频硅管都不能用于检波。

二极管的实际参数必须用专门的仪表才能测量出来。业余爱好者无此条件,一般也没有必要。通常我们只须判别二极管的好坏就行了。常用的方法是用万用表的欧姆档(R×1K)来测试二极管的正、反向电阻,然后加以判断。正向电阻越小越好,反向电阻越大越好。若测得正反向电阻都为零,或都非常小,或都非常大,或都有一定的阻值但相差很小时,则说明这个二极管是坏的。

通过测量电阻,既可得知管子的好坏,同时也能判别好管子的正负极。测得正向电阻(电阻最小)时,黑表笔接的是管子的正极,红表笔接的是管子的负极。测得反向电阻(电阻最大)时,则黑表笔接的是负极,红表笔接的是正极。

图6
图6 🔍原图 (407×331)

如果没有万用表,可找一节电池和一个耳机(扬声器也行),按图6所示电路进行连接,其中二极管与电池相接处暂不接上。用二极管未接上的那端引线去碰电池的正极,耳机中有“咯咯”声,然后将二极管两端反过来连接,再去碰电池正极,则“咯咯”声很小。两次声音相差越大,则二极管的性能越好。若两次相碰时声音都较大,且无差别,说明管子已击穿损坏;如两次声音都很小甚至无声,则说明二极管已经损坏或断路。声音大的那次,碰电池正极的是二极管的正极,与耳机接的那端是负极。(杨百一)