2.3 二极管类
本节主要讲述晶体二极管的定义、性能、分类和好坏判断。
2.3.1 概述
晶体二极管是一个由P型半导体和N型半导体形成的PN结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于PN 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加而引起正向电流；当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。当外加的反向电压高到一定程度时，PN结空间电荷层中的电场强度达到临界值，产生载流子的倍增过程，从而产生大量电子空穴对，进而产生数值很大的反向击穿电流。这就是二极管的击穿现象。
二极管如图2-35所示。
在液晶显示器中，最容易损坏的二极管是电源次级的整流二极管。为了能提供比较大的电流，它由两个二极管并联组成，也叫复合二极管，其外观和三极管很相似。该二极管的实物如图2-36所示。
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晶体二极管损坏后的常见现象是电源次级各路电压都很低，且电压跳动，显示器无显示。在电路中，它常被固定在一块比较大的散热片上，如图2-37所示。
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2.3.2 晶体二极管的分类
本小节将根据二极管的构造、用途来对晶体二极管进行分类。
1．根据构造分类
半导体二极管主要依靠PN结工作。与PN结密不可分的点接触型和肖特基型二极管，也被列入一般二极管的范围内。根据PN结构造面的特点，可将晶体二极管分为以下4类。
（1）点接触型二极管。点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后，再通过电流法而形成的。因此，其PN结的静电容量小，适用于高频电路中。但是，与面接触型相比较，点接触型二极管正向特性和反向特性都较差，因此不能用于大电流电路中或作为整流使用。其构造简单，价格便宜，适用于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等。
（2）合金型二极管。在N型锗或硅的单晶片上，通过混合铟、铝等金属制作PN结。正向压降小，适用于大电流整流。因其PN结反向时静电容量大，所以不适用于高频检波和高频整流。
（3）扩散型二极管。在高温的P型杂质气体中，加热N型锗或硅的单晶片，使单晶片表面的一部分变成P型，以此法作成PN结。因PN结正向电压降小，故适用于大电流整流。目前，使用大电流整流器的主流二极管已由硅合金型转变为硅扩散型。
（4）肖特基型二极管。在金属（如铅）和半导体（N型硅片）的接触面上，用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。它的特点是开关速度非常快、反向恢复时间特别短。因此可将其制作成开关二极管和低压大电流整流二极管。
2．根据用途分类
（1）检波用二极管。是指从输入信号中取出调制信号，以整流电流的大小（100mA）作为界线，通常把输出电流小于100mA的叫检波。锗材料点接触型二极管工作频率可达400MHz，其正向压降小、结电容小、检波效率高、频率特性好。类似点触型的检波用的二极管，除用于检波外，还可用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。
（2）整流用二极管。是指从输入交流中得到直流的输出。以整流电流的大小（100mA）作为界线，通常把输出电流大于100mA的叫整流。
（3）限幅用二极管。大多数二极管都可用于限幅，但也有类似保护仪表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用，通常使用硅材料制造的二极管。
（4）调制用二极管。通常指的是环形调制专用的二极管。
（5）混频用二极管。使用二极管混频时，在500～10000Hz的频率内，多采用肖特基型和点接触型二极管。
（6）开关用二极管。小电流时（10mA程度）使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励通常使用开关二极管。小电流的开关二极管通常有点接触型和键型二极管，也有在高温下还可能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。开关二极管的特长是开关速度快。肖特基型二极管的开关时间特别短，是理想的开关二极管。
（7）变容二极管。用于自动频率控制（AFC）和调谐的小功率二极管称为变容二极管。其原理是通过施加反向电压，使其PN结的静电容量发生变化。变容二极管可用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐。
（8）稳压二极管。它是代替稳压电子二极管的产品，即反向击穿特性曲线急骤变化的二极管。稳压二极管起稳压作用时工作在反向击穿状态。
（9）雪崩二极管。它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的二极管。产生高频振荡的工作原理是：利用雪崩击穿对晶体注入载流子，因载流子跨越晶片需要一定的时间，所以其电流滞后于电压，从而出现延迟。若适当地控制跨越时间，那么在电流和电压关系上就会出现负阻效应，从而产生高频振荡。它常应用在微波领域的振荡电路中。
（10）快恢复二极管。它也是一种具有PN结的二极管。其结构特点是：在PN结边界处具有陡峭的杂质分布区，从而形成“自助电场”。由于PN结在正向偏压下以少数载流子导电，并在PN结附近具有电荷存储效应，使其反向电流需要经历一个“存储时间”后才能降至最小值。快恢复二极管的“自助电场”缩短了存储时间，使反向电流快速截止，并产生丰富的谐波分量。利用这些谐波分量可设计出梳状频谱发生电路。快恢复二极管可用于脉冲和高频谐波电路中。
（11）肖特基二极管。它是具有肖特基特性的“金属半导体结”二极管。其正向开启电压较低。它是高频和快速开关的理想器件，其工作频率可达100GHz。肖特基二极管还可以用来制作太阳能电池或发光二极管。
（12）发光二极管。用磷化镓、磷砷化镓材料制成，其体积小、正向驱动发光。其特点是工作电压低、工作电流小、发光均匀、寿命长，可发红、黄、绿单色光。
2.3.3 二极管的测量
本小节主要介绍二极管正负极及其好坏判断。二极管的正负极通过其外观就可以判断，而好坏则只能通过万用表测量来判断。
1．二极管正、负的检测
（1）观察外壳上的符号标记。通常二极管的外壳上标有二极管的符号，带有三角形箭头的一端为正极，带有一竖线的一端是负极。例如，图2-38所示的复合二极管。
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（2）观察外壳上的标注，二极管上一般标有两种环行颜色，环形颜色面积小的一端为负极，另一端则为正极，如图2-39所示。
2．二极管好坏的检测
二极管测量用万用表的蜂鸣挡。如图2-40所示，每个数字万用表都会有这么一个挡位，它主要用来测试二极管的好坏及电路是否断线。将挡位开关旋钮打到这个挡位后，然后将万用表的两个表笔碰起来，万用表就会发出“嘀、嘀、嘀”的长鸣声，代表电路相通。
二极管好坏的具体测量方法如下。
（1）将二极管从电路中取下来，短路一下正、负极将其放电。
（2）将万用表打至蜂鸣挡，同时将两只表笔碰在一起，以确定万用表完好。
（3）红表笔接二极管正极，黑表笔接二极管负极，此时万用表的读数应为500Ω左右，如果是快恢复二极管，阻值会小一些，大约在200Ω。
（4）对调两只表笔，让黑表笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极，此时，万用表的读数应显示无穷大，也就是显示“1”，这样就证明被测试的二极管性能完好。
注意事项如下。
（1）如果无论是红表笔接二极管正极，黑表笔接二极管负极，还是黑表笔接二极管正极，红表笔接二极管负极，万用表都会“嘀……”响，并且阻值显示很小，如001Ω，则代表这个二极管已完全击穿，不能再使用了，它的内部已相当于一跟导线。
（2）如果无论是红表笔接二极管正极，黑表笔接二极管负极，还是黑表笔接二极管正极，红表笔接二极管负极，万用表都没有任何读数，并且阻值显示很大，如“1”，则代表这个二极管已完全开路，不能再使用了，它的内部已相当于短路。
（3）如果无论是红表笔接二极管正极，黑表笔接二极管负极，还是黑表笔接二极管正极，红表笔接二极管负极，万用表都有一定的读数，该读数即不是0也不是无穷大，则此二极管已性能不良，也不能再继续使用了。
（4）总之，一只二极管只有正向阻值500Ω左右（快恢复是200Ω左右），反向无穷大，才是一只性能优良的二极管。
3．二极管的代换
如果已经判断一只二极管已彻底损坏，则代换时需要考虑的主要参数有耐压、电流和频率。耐压是指二极管能承受的最高电压，耐压不够，二极管装上去会瞬间烧坏；电流指的是二极管允许通过的最大电流，电流值不够，二极管会在短时间内因严重发热而损坏；频率是指二极管的开关速度，不同的开关速度，也是不能代换的。只要以上参数一样，二极管基本就可以代换。
代换技巧：有同型号尽量找同型号，没有同型号的情况下尽量找比旧管参数更高的。