一、二極管的特性
二極管最主要的特性是單向?qū)щ娦裕浞蔡匦郧如圖1所示,

圖1、二極管的伏安特性曲線
1、正向特性
當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓(P為正、N為負(fù))很小時(shí)(鍺管小于0.1伏,硅管小于0.5伏),管子不導(dǎo)通,處于“截止”狀態(tài),當(dāng)正向電壓超過(guò)一定數(shù)值后,管子才導(dǎo)通,電壓再稍微增大,電流急劇暗加(見(jiàn)曲線I段)。不同材料的二極管,起始電壓不同,硅管為0.5-.7伏左右,鍺管為0.1-0.3左右。
2、反向特性
二極管兩端加上反向電壓時(shí),反向電流很小,當(dāng)反向電壓逐漸增加時(shí),反向電流基本保持不變,這時(shí)的電流稱為反向飽和電流(見(jiàn)曲線II段)。不同材料的二極管,反向電流大小不同,硅管約為1微安到幾十微安,鍺管則可高達(dá)數(shù)百微安,另外,反向電流受溫度變化的影響很大,鍺管的穩(wěn)定性比硅管差。
3、擊穿特性
當(dāng)反向電壓增加到某一數(shù)值時(shí),反向電流急劇增大,這種現(xiàn)象稱為反向擊穿(見(jiàn)曲線III)。這時(shí)的反向電壓稱為反向擊穿電壓,不同結(jié)構(gòu)、工藝和材料制成的管子,其反向擊穿電壓值差異很大,可由1伏到幾百伏,甚至高達(dá)數(shù)千伏。
4、頻率特性
由于結(jié)電容的存在,當(dāng)頻率高到某一程度時(shí),容抗小到使PN結(jié)短路。導(dǎo)致二極管失去單向?qū)щ娦裕荒芄ぷ鳎琍N結(jié)面積越大,結(jié)電容也越大,越不能在高頻情況下工作。
二、二極管的簡(jiǎn)易測(cè)試方法
二極管的極性通常在管殼上注有標(biāo)記,如無(wú)標(biāo)記,可用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量其正反向電阻來(lái)判斷(一般用R×100或×1K檔)具體方法如表一
表一 | 二極管簡(jiǎn)易測(cè)試方法 | |
項(xiàng)目 | 正向電阻 | 反向電阻 |
測(cè)試方法 |
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測(cè)試情況 | 硅管:表針指示位置在中間或中間偏右一點(diǎn);鍺管:表針指示在右端靠近滿刻度的地方(如圖所示)表明管子正向特性是好的。 如果表針在左端不動(dòng),則管子內(nèi)部已經(jīng)斷路 |
硅管:表針在左端基本不動(dòng),極靠近OO位置,鍺管:表針從左端起動(dòng)一點(diǎn),但不應(yīng)超過(guò)滿刻度的1/4(如上圖所示),則表明反向特性是好的, 如果表針指在0位,則管子內(nèi)部已短路 |
三、二極管的主要參數(shù)
1、正向電流IF
在額定功率下,允許通過(guò)二極管的電流值。
2、正向電壓降VF
二極管通過(guò)額定正向電流時(shí),在兩極間所產(chǎn)生的電壓降。
3、最大整流電流(平均值)IOM
在半波整流連續(xù)工作的情況下,允許的最大半波電流的平均值。
4、反向擊穿電壓VB
二極管反向電流急劇增大到出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象時(shí)的反向電壓值。
5、正向反向峰值電壓VRM
二極管正常工作時(shí)所允許的反向電壓峰值,通常VRM為VP的三分之二或略小一些。
6、反向電流IR
在規(guī)定的反向電壓條件下流過(guò)二極管的反向電流值
7、結(jié)電容C
結(jié)電容包括電容和擴(kuò)散電容,在高頻場(chǎng)合下使用時(shí),要求結(jié)電容小于某一規(guī)定數(shù)值。
8、最高工作頻率fm
二極管具有單向?qū)щ娦缘淖罡呓涣餍盘?hào)的頻率。
四、常用晶體二極管
1、整流二極管
將交流電源整流成為直流電流的二極管叫作整流二極管,它是面結(jié)合型的功率器件,因結(jié)電容大,故工作頻率低。
通常,IF在1安以上的二極管采用金屬殼封裝,以利于散熱;IF在1安以下的采用全塑料封裝(見(jiàn)圖2)由于近代工藝技術(shù)不斷提高,國(guó)外出現(xiàn)了不少較大功率的管子,也采用塑封形式。

(a)全密封金屬結(jié)構(gòu)

(b)塑料封裝
圖2 二極管封裝
2、檢波二極管
檢波二極管是用于把迭加在高頻載波上的低頻信號(hào)檢出來(lái)的器件,它具有較高的檢波效率和良好的頻率特性。
3、開(kāi)關(guān)二極管
在脈沖數(shù)字電路中,用于接通和關(guān)斷電路的二極管叫開(kāi)關(guān)二極管,它的特點(diǎn)是反向恢復(fù)時(shí)間短,能滿足高頻和超高頻應(yīng)用的需要。
開(kāi)關(guān)二極管有接觸型,平面型和擴(kuò)散臺(tái)面型幾種,一般IF<500毫安的硅開(kāi)關(guān)二極管,多采用全密封環(huán)氧樹(shù)脂,陶瓷片狀封裝,如圖三所示,引腳較長(zhǎng)的一端為正極。

圖3、硅開(kāi)關(guān)二極管全密封環(huán)環(huán)氧樹(shù)脂陶瓷片狀封裝
4、穩(wěn)壓二極管
穩(wěn)壓二極管是由硅材料制成的面結(jié)合型晶體二極管,它是利用PN結(jié)反向擊穿時(shí)的電壓基本上不隨電流的變化而變化的特點(diǎn),來(lái)達(dá)到穩(wěn)壓的目的,因?yàn)樗茉陔娐分衅鸱(wěn)壓作用,故稱為、穩(wěn)壓二極管(簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管)其圖形符號(hào)見(jiàn)圖4

圖4、穩(wěn)壓二極管的圖形符號(hào)
穩(wěn)壓管的伏安特性曲線如圖5所示,當(dāng)反向電壓達(dá)到Vz時(shí),即使電壓有一微小的增加,反向電流亦會(huì)猛增(反向擊穿曲線很徒直)這時(shí),二極管處于擊穿狀態(tài),如果把擊穿電流限制在一定的范圍內(nèi),管子就可以長(zhǎng)時(shí)間在反向擊穿狀態(tài)下穩(wěn)定工作。

圖5、硅穩(wěn)壓管伏安特性曲線
5、變?nèi)荻䴓O管
變?nèi)荻䴓O管是利用PN結(jié)的電容隨外加偏壓而變化這一特性制成的非線性電容元件,被廣泛地用于參量放大器,電子調(diào)諧及倍頻器等微波電路中,變?nèi)荻䴓O管主要是通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝等一系列途徑來(lái)突出電容與電壓的非線性關(guān)系,并提高Q值以適合應(yīng)用。
變?nèi)荻䴓O管的結(jié)構(gòu)與普通二極管相似,其符號(hào)如圖6所示,幾種常用變?nèi)荻䴓O管的型號(hào)參數(shù)見(jiàn)表一

圖6、變?nèi)荻䴓O管圖形符號(hào)
表一 |
常用變?nèi)荻䴓O管 | ||||||
型號(hào) |
產(chǎn)地 |
反向電壓(V) |
電容量(pF |
電容比 |
使用波段 | ||
最小值 |
最大值 |
最小值 |
最大值 | ||||
2CB11 |
中國(guó) |
3 |
25 |
2.5 |
12 |
|
UHF |
2CB14 |
中國(guó) |
3 |
30 |
3 |
18 |
6 |
VHF |
BB125 |
歐洲 |
2 |
28 |
2 |
12 |
6 |
UHF |
BB139 |
歐洲 |
1 |
28 |
5 |
45 |
9 |
VHF |
MA325 |
日本 |
3 |
25 |
2 |
10.3 |
5 |
UHF |
ISV50 |
日本 |
3 |
25 |
4.9 |
28 |
5.7 |
VHF |
ISV97 |
日本 |
3 |
25 |
2.4 |
18 |
7.5 |
VHF |
ISV59.OSV70/IS2208 |
日本 |
3 |
25 |
2 |
11 |
5.5 |
UHF |
圖7(a)是利用變?nèi)莨艿淖內(nèi)萏匦詠?lái)調(diào)諧本機(jī)振蕩的頻率(電視接收機(jī)調(diào)諧器中作本機(jī)振蕩)。圖7(b)是一個(gè)調(diào)諧信號(hào)源,用變?nèi)莨芎蛦谓Y(jié)晶體管與恒流二極管組成的鋸齒振蕩器,利用輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻,由于變?nèi)莨艽蠖鄶?shù)在反偏壓下工作,所以應(yīng)加恒流保護(hù),以防止擊穿。

圖7、變?nèi)荻䴓O管的容壓特性及等效電路
圖8(a)是利用變?nèi)莨艿淖內(nèi)萏匦詠?lái)調(diào)諧本機(jī)振蕩的頻率(電視接收機(jī)調(diào)諧器中作本機(jī)振蕩),圖8(b)是一個(gè)調(diào)諧信號(hào)源,用變?nèi)莨芎蛦谓Y(jié)晶體管與恒流二極管組成的鋸齒波振蕩器,利用輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻,由于變?nèi)莨艽蠖鄶?shù)在反偏壓下工作,所以應(yīng)加恒流保護(hù),以防止擊穿。

圖8、變?nèi)莨軕?yīng)用實(shí)例
6、階躍恢復(fù)二極管
階躍恢復(fù)二極管是一種特殊的變?nèi)莨埽卜Q作電荷儲(chǔ)存二極管,簡(jiǎn)稱階躍管,它具有高度非線性的電抗,應(yīng)用于倍頻器時(shí)代獨(dú)有的特點(diǎn),利用其反向恢復(fù)電流的快速突變中所包含的豐富諧波,可獲得高效率的高次倍頻,它是微波領(lǐng)域中優(yōu)良的倍頻元件。
階躍管的特性是建立在PN結(jié)雜質(zhì)的特殊分布上,和變?nèi)莨芟嗨疲A躍管的符號(hào)如圖9所示,它的直流伏安特性與一般PN結(jié)構(gòu)相同。

圖9、階躍恢復(fù)二極管的圖形符號(hào)
階段管的特點(diǎn)是:當(dāng)處于導(dǎo)通狀態(tài)的二極管突然加上反向電壓時(shí),瞬間反向電流立即達(dá)到最值IR,并維持一定的時(shí)間ts,接差又立即恢復(fù)到零,電流和時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖10所示

圖10、階躍管電流與時(shí)間的關(guān)系
階躍管主要用于倍頻電路和超高速脈沖整形和發(fā)生電路,圖11(a)是一個(gè)曲型的高次頻器,利用階躍管,很容易做到高達(dá)20次倍頻而仍保持高效率。圖11(b)是利用階躍管的脈沖整形電路,圖11(c)是整形前后的波形比較。

圖11、階躍恢復(fù)二極管的典型應(yīng)用