二極管的簡要論述

林鍵

摘 要：當今社會半導體器件幾乎無所不能，無處不在。小到人們日常生活中的充電器、收音機、錄音機和電視機，大到實驗室儀器、工業生產及國防設備、計算機、機器人、宇宙飛船等，都離不開半導體器件。二極管又是電子技術研究領域的基礎元件，可以毫不夸張地說，是半導體的發展奠定了現代電子技術的基礎。

關鍵詞：二極管；二極管的發展；種類；特性

1 二極管的發展史

1883年，偉大的科學家愛迪生（T.Edison）為尋找電燈泡最佳燈絲材料，曾做過一項小小的實驗。他在真空電燈泡內部碳絲附近安裝一小截銅絲（愛迪生最早發明的燈泡不是用鎢絲制成的，而是用碳化棉線），希望銅絲能阻止碳絲蒸發，實驗結果非他所想，但他意外的發現，在銅絲上產生了微弱的電流，這種現象稱之為“愛迪生效應”。1884年，一位叫弗萊明的英國發明家，遠涉重洋，拜會了他慕名已久的愛迪生，會見過程中愛迪生再次展示了愛迪生效應。由于當時技術條件的限制，不論是愛迪生，還是弗萊明，都對這一效應百思不得其解，不知道利用這一效應能做些什么。

直到1904年弗萊明通過大量實驗發現燈泡里的電子就能夠實現單向流動，這就是世界上的第一只電子管，弗萊明把它命名為二極管。但是真空二極管體積大，耗電多，而且性能不穩定。1949年美國的物理學家肖克萊建立了PN結理論，為半導體器件奠定了科學基礎。此后隨著半導體材料和工藝技術的發展，半導體二極管也就問世了。

2 二極管的基礎知識

二極管又稱晶體二極管。它的內部由一個PN結構成，外部引出兩個電極，P區引出是正極，又叫陽極，N區引出的是負極，又叫陰極，然后封裝在一個管殼內（如圖1所示）。根據半導體的材料和摻雜濃度以及應用場合不同，二極管的種類也繁多。

如圖2所示二極管的圖形符號，其文字符號為V，箭頭方向為PN結正向電流方向。二極管具有單向導電特性，它在許多的電路中起著重要的作用，應用非常廣泛。其中在各類收音機中起檢波作用的是檢波二極管；在電路中將交流電轉換成直流電的是整流二極管；在顯示屏、廣告燈箱中的是發光二極管；用在各種邏輯電路中的是開關二極管等多種二極管的類型。

3 二極管的伏安特性

二極管的電壓、電流特性曲線是指加到二極管兩端的電壓和流過二極管的電流兩者之間的關系的曲線。硅二極管典型伏安特性曲線如圖3所示。

3.1 正向特性

將二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會導通，這種連接方式稱為正向偏置。但當外加正向電壓很小二極管存在“死區”仍不導通，導通前的電壓稱為“死區電壓”（鍺管約為0.2V，硅管約為0.5V）。正向電壓大于“死區電壓”以后，二極管才能真正導通。此時，鍺管的正向壓降為0.3V，硅管為0.7V。

3.2 反向特性

將二極管的正極接在低電位端，負極接在高電位端，這種連接方式稱為反向偏置。

3.2.1 反向截止區

當二極管加反向電壓時，二極管中幾乎沒有電流流過，即使反向電壓增加，反向電流也基本不變，二極管處于截止狀態。通常硅管的反向電流是幾微安到幾十微安，鍺管則可達到幾百微安。

3.2.2 反向擊穿區

當加在二極管上的反向電壓超過某一數值時，反向電流會突然增大，這種現象稱為反向擊穿。實際應用中，普通二極管所加反向電壓不允許高于擊穿電壓，否則會因電流過大而損壞二極管，穩壓二極管除外，它是工作在反向擊穿區的一類特殊二極管，經常在電路中起過壓保護的作用。

4 二極管的主要參數

4.1 最大整流電流IFM

是指二極管長時間正常工作時，允許通過的最大正向平均電流。它的大小與二極管的構造和散熱條件有關，實際工作中，流過二極管的實際電流應小于IFM，否則二極管會因過熱而損壞。

4.2 最高反向工作電壓URM

指二極管兩端允許加的反向電壓的峰值。其值為反向擊穿電壓的一半。加在二極管兩端的反向電壓不可超過此值。

4.3 最高工作頻率fm

指保證二極管正常工作的最高頻率。一般小電流二極管的fm高達幾百兆歐，而大電流整流管的fm僅幾千赫茲。

5 二極管的識別

在電子線路的裝配過程中，為避免因元件接反或損壞造成電路出現異常，要對使用的二極管進行極性的判別，并檢查質量好壞。根據二極管的單向導電性，可選擇萬用表的電阻檔對其進行檢測。

5.1 二極管的好壞判斷

選用萬用表的轉換開關打到電阻檔（一般選用RX100或Rx1K檔位），對調紅黑表筆，分別測出二極管的正反向電阻，并記錄阻值，如表1：

5.2 二極管的正負極判斷

上述檢測中，如果二極管性能良好，則測量阻值小的一次，紅表筆所接為負極，黑表筆接的是二極管的正極。

6 結束語

二極管作為半導體器件的主要元件，在各類電子線路中起到重要作用，同時，半導體器件的出現為世界科技進步的飛速發展做出了卓越貢獻。因此，在各類職業院校和高校中，都將半導體二極管的教學納入教學計劃當中。