2.1 二极管
2.1.1 二极管结构、分类、外形与符号
晶体二极管是常用的半导体器件，简称二极管。二极管是利用半导体PN结的单向导电性制成的器件，本质上就是一个PN结；在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管，其结构及外形如图2-1所示。在电路中二极管主要用于检波、整流、开关及稳压等。
图2-1 二极管结构
二极管的规格品种很多，按所用半导体材料的不同，可以分为锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管；按结构工艺不同，可分为点接触型二极管和面接触型二极管；按用途分为整流二极管、开关二极管、稳压二极管、检波二极管、发光二极管、钳位二极管等；按频率分为普通二极管和快恢复二极管等；按引脚结构分为二引线型、圆柱型（玻封或塑封）和小型塑封型；按耐压高低可分为低压管和高压管；按工作电流可分为小电流管和大电流管；按工作频率高低可分为低频管和高频管等。
普通二极管在电路中常用字母“D”、“V”或“VD”表示，稳压二极管在电路中用字母“ZD”表示。国家标准应该为“V”。
2.1.2 二极管伏安特性
为了更准确、更全面地了解二极管的单向导电性，引入伏安特性曲线。二极管的伏安特性曲线就是加在二极管两端的电压UD与通过二极管的电流ID的关系曲线称为二极管的伏安特性曲线，利用晶体管图示仪或实验的方法能方便地测出二极管的伏安特性曲线，如图2-2所示。
图2-2 二极管的伏安特性曲线
（1）正向特性
二极管的正极接电源正极，二极管的负极接电源负极，称为正向电压；反之，二极管的正极接电源负极，二极管的负极接电源正极，称为反向电压。
正向伏安特性曲线指纵轴右侧部分，它有两个主要特点。
①外加电压较小，此时正向电流几乎为零，这个范围称为“死区”、“截止区”或门限电压（开启电压）Uon，锗管死区电压为0.1V，硅管约为0.5V。
②正向电压超过死区电压时，二极管呈现的电阻很小，曲线近似于线性，称为导通区。导通后二极管两端的正向电压称为正向压降（管压降）UVD，一般硅管正向压降为0.6～0.8V，锗管正向压降为0.1～0.3V。
（2）反向特性
反向伏安特性曲线指纵轴左侧部分，它有两个主要特点。
①在一定的反向电压范围内，电流约等于零——反向截止区，此时的IS称为反向饱和电流或反向漏电流。实际应用中，反向饱和电流应越小越好。
②当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增加——反向击穿，此时对应的电压称为反向击穿电压UBR。二极管工作时，不允许反向电压超过击穿电压，否则造成二极管损坏。
从以上可知，二极管共有两种工作状态：导通和截止。二极管的导通与截止是需要有一定的工作条件。若给二极管加上高于起始电压的正偏电压，则二极管导通，此时二极管有电流通过，正偏示意图及等效电路图如图2-3（a）所示；若给二极管加上反偏电压，则二极管截止，此时二极管没有电流通过，反偏示意图及等效电路图如图2-3（b）所示。
图2-3 正偏、反偏示意图及等效电路图
整流、检波、开关二极管具有相似的伏安特性曲线，均属于普通二极管。
2.1.3 二极管的主要技术指标
（1）额定正向工作电流IDM（最大整流电流）
额定正向工作电流是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过二极管时会使管芯发热，温度上升，温度超过最大允许限度时，就会使管芯发热而损坏。所以二极管使用中不要超过其额定正向工作电流值。
（2）反向击穿电压
在二极管上加反向电压时，反向电流会很小。当反向电压增大到某一数值时，反向电流将突然增大，这种现象称为击穿。二极管反向击穿时，反向电流会剧增，此时二极管就失去了单向导电性。二极管产生击穿时的电压叫反向击穿电压。
（3）最高反向工作电压URM
最高反向工作电压是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，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为反向击穿电压的1/3～1/2。
（4）最高工作频率fM
最高工作频率是指二极管在正常工作条件下的最高频率。如果故点接触型二极管的fM较高，而面接触二极管的fM较低。加给二极管的信号频率高于该频率，二极管将不能正常工作，它的大小通常与二极管的PN结面积有关，PN结面积越大，fM越低，
2.1.4 二极管的识别
各种二极管的外形、特点及电路符号如表2-1所示。
表2-1 各种二极管的外形、特点及电路符号
二极管的识别方法：看外壳上的极性标志。目前所用的标志有两种：一是在外壳上直接标出二极管的符号；二是在管壳一端标注色环或色点，标注色环或色点一端的电极是二极管的负极，另一端是正极。
2.1.5 现场操练4——几种二极管的检测
二极管的极性一般都标注在管壳上。如果管壳上没有标志或标志不清或怀疑其质量有问题，就需要用万用表进行检测。
（1）普通二极管的检测
①指针式万用表检测普通二极管。用指针万用表测量普通二极管（整流二极管、检波二极管）正反向电阻如图2-4所示，测量判断的依据：二极管的正向电阻小，反向电阻大。
图2-4 用指针万用表测量普通二极管正反向电阻
首先，将万用表置于欧姆挡的R×100或R×1k挡。一般不用R×1挡，因为输出电流太大；也不宜用R×10k挡，因为电压太高，有些管子可能会被损坏。将两表笔分别接在二极管的两个引线上，测出电阻值。然后对换两表笔，再测出一个阻值，然后根据这两次测得的结果，判断出二极管的质量好坏与极性。
测量的结果：
a.一次阻值大，一次阻值小；阻值小时黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极。二极管正常。
b.两次阻值都很大，二极管断路。
c.两次阻值都很小，二极管短路。
由于二极管的伏安特性是非线性的，使用万用表的不同电阻挡测量二极管的电阻时，会得出不同的电阻值；实际使用时，流过二极管的电流会较大，因此二极管呈现的电阻值会更小些。
②数字万用表专用的测二极管挡检测普通二极管。数字万用表的红表笔接内部电池的正极，黑表笔接内部电池的负极，和指针万用表刚好相反。将数字万用表置于二极管挡，红表笔插入“V∕Ω”插孔，黑表笔插入“COM”插孔。将两支表笔分别接触二极管的两个电极，如果显示溢出符号“1”，说明二极管处于反向截止状态，此时黑笔接的是二极管正极，红笔接的是二极管负极。反之，如果显示值在100mV以下，则二极管处于正向导通状态，此时与红笔接的是二极管正极，与黑笔接的是二极管负极。数字万用表实际上测的是二极管两端的压降。数字万用表测量普通二极管示意图如图2-5所示。
图2-5 用数字万用表测量普通二极管正反向电阻
另外，开关二极管、阻尼二极管、隔离二极管、钳位二极管、快恢复二极管等，可参考整流二极管的识别与判断。
（2）发光二极管的检测
①发光二极管极性的判断。发光二极管多采用透明树脂封装，管心下部有一个浅盘，观察里面金属片的大小，管内电极宽大的引脚为负极，另一引脚为正极，如图2-6所示。也可从管身形状和引脚的长短来判断。通常，靠近管身侧向小平面的电极为负极，另一端引脚为正极；新管子（未剪引脚）长引脚为正极，短引脚为负极。
图2-6 发光二极管极性的判断
②发光二极管好坏的判断。发光二极管好坏的判断方法较多，常有以下几种。
a.对发光二极管的检测方法主要采用万用表的R×10k挡，其测量方法及对其性能的好坏判断与普通二极管相同。但发光二极管的正向、反向电阻均比普通二极管大得多。
用指针式万用表，且把转换开关置于R×10kΩ挡测量它的正、反向电阻值。正常时，正向阻值为15～40kΩ；反向阻值大于500kΩ。正反电阻若接近0，说明它已击穿损坏；若均为无穷大，说明它已开路损坏；若反向阻值远远小于500kΩ，则说明它已漏电损坏。此种检测方法，不能实地看到发光管的发光情况，因为R×10kΩ挡不能向发光管提供较大正向电流。
若用指针万用表R×1kΩ挡测量发光二极管的正、反向电阻值，则会发现其正、反向电阻值均接近无穷大，这是因为发光二极管的正向压降大于1.6V（高于万用表R×1kΩ挡内电池的电压值1.5V）的缘故。
b.用数字万用表的R×20MΩ挡，测量它的正、反向电阻值。正常时，正向电阻小于反向电阻。较高灵敏度的发光二极管，用数字万用表小量程电阻挡测它的正向电阻时，管内会发微光，所选的电阻量程越小，管内发出的光越强。
用数字万用表的二极管挡测量它的正向导通压降，正常值为1500～1700mV，且管内会有微光。红色发光二极管约为1.6V，黄色约为1.7V，绿色约为1.8V，蓝、白、紫色发光二极管为3～3.2V。
（3）稳压二极管的检测
稳压二极管其极性与性能好坏的测量与普通二极管的测量方法相似，不同之处在于：当使用指针式万用表的R×1kΩ挡测量二极管时，测得其反向电阻是很大的，此时，将万用表转换到R×10kΩ挡，如果出现万用表指针向右偏转较大角度，即反向电阻值减小很多的情况，则该二极管为稳压二极管；如果反向电阻基本不变，说明该二极管是普通二极管，而不是稳压二极管。稳压二极管的测量原理是：万用表R×1kΩ挡的内电池电压较小，通常不会使普通二极管和稳压二极管击穿，所以测出的反向电阻都很大。当万用表转换到R×10kΩ挡时，万用表内电池电压变得很大，使稳压二极管出现反向击穿现象，所以其反向电阻下降很多，由于普通二极管的反向击穿电压比稳压二极管高得多，因而普通二极管不击穿，其反向电阻仍然很大。
若测得稳压二极管的正、反向电阻均很小或均为无穷大，则说明该二极管已击穿或开路损坏。
（4）光电二极管的检测
光电二极管的检测方法与普通二极管基本相同。不同之处是：有光照和无光照两种情况下，反向电阻相差很大；若测量结果相差不大，说明该光电二极管已损坏或该二极管不是发光二极管。
（5）双向触发二极管的检测
双向触发二极管正、反向电阻值的测量，使用指针万用表的R×1kΩ或R×10kΩ挡。正常时双向触发二极管正、反向电阻值均应为无穷大。如果测得正反向电阻值均很小或为0，则说明被测二极管已击穿损坏。
（6）红外光敏二极管的检测
将指针式万用表置于R×1kΩ挡，测它的正、反向电阻值。正常时，正向阻值为3～10kΩ，反向阻值为500kΩ以上。
在测量反向电阻的同时，用电视机遥控器对着被测红外光敏二极管的接收窗口，正常时，在按动遥控器上的按键时，其反向阻值会由500kΩ以上减小至50～100kΩ。阻值下降越多，说明它的灵敏度越高。