二極管的簡要論述

林鍵

摘 要：當(dāng)今社會半導(dǎo)體器件幾乎無所不能，無處不在。小到人們?nèi)粘Ｉ钪械某潆娖鳌⑹找魴C、錄音機和電視機，大到實驗室儀器、工業(yè)生產(chǎn)及國防設(shè)備、計算機、機器人、宇宙飛船等，都離不開半導(dǎo)體器件。二極管又是電子技術(shù)研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)元件，可以毫不夸張地說，是半導(dǎo)體的發(fā)展奠定了現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：二極管；二極管的發(fā)展；種類；特性

1 二極管的發(fā)展史

1883年，偉大的科學(xué)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(nèi)部碳絲附近安裝一小截銅絲（愛迪生最早發(fā)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(fā)，實驗結(jié)果非他所想，但他意外的發(fā)現(xiàn)，在銅絲上產(chǎn)生了微弱的電流，這種現(xiàn)象稱之為“愛迪生效應(yīng)”。1884年，一位叫弗萊明的英國發(fā)明家，遠(yuǎn)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(yīng)。由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制，不論是愛迪生，還是弗萊明，都對這一效應(yīng)百思不得其解，不知道利用這一效應(yīng)能做些什么。

直到1904年弗萊明通過大量實驗發(fā)現(xiàn)燈泡里的電子就能夠?qū)崿F(xiàn)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(wěn)定。1949年美國的物理學(xué)家肖克萊建立了PN結(jié)理論，為半導(dǎo)體器件奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。此后隨著半導(dǎo)體材料和工藝技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體二極管也就問世了。

2 二極管的基礎(chǔ)知識

二極管又稱晶體二極管。它的內(nèi)部由一個PN結(jié)構(gòu)成，外部引出兩個電極，P區(qū)引出是正極，又叫陽極，N區(qū)引出的是負(fù)極，又叫陰極，然后封裝在一個管殼內(nèi)（如圖1所示）。根據(jù)半導(dǎo)體的材料和摻雜濃度以及應(yīng)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(jié)正向電流方向。二極管具有單向?qū)щ娞匦裕谠S多的電路中起著重要的作用，應(yīng)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(zhuǎn)換成直流電的是整流二極管；在顯示屏、廣告燈箱中的是發(fā)光二極管；用在各種邏輯電路中的是開關(guān)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(guān)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(fù)極接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通，這種連接方式稱為正向偏置。但當(dāng)外加正向電壓很小二極管存在“死區(qū)”仍不導(dǎo)通，導(dǎo)通前的電壓稱為“死區(qū)電壓”（鍺管約為0.2V，硅管約為0.5V）。正向電壓大于“死區(qū)電壓”以后，二極管才能真正導(dǎo)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(fù)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(qū)

當(dāng)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?fàn)顟B(tài)。通常硅管的反向電流是幾微安到幾十微安，鍺管則可達(dá)到幾百微安。

3.2.2 反向擊穿區(qū)

當(dāng)加在二極管上的反向電壓超過某一數(shù)值時，反向電流會突然增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。實際應(yīng)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(wěn)壓二極管除外，它是工作在反向擊穿區(qū)的一類特殊二極管，經(jīng)常在電路中起過壓保護(hù)的作用。

4 二極管的主要參數(shù)

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(gòu)造和散熱條件有關(guān)，實際工作中，流過二極管的實際電流應(yīng)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(dá)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(xiàn)異常，要對使用的二極管進(jìn)行極性的判別，并檢查質(zhì)量好壞。根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦裕蛇x擇萬用表的電阻檔對其進(jìn)行檢測。

5.1 二極管的好壞判斷

選用萬用表的轉(zhuǎn)換開關(guān)打到電阻檔（一般選用RX100或Rx1K檔位），對調(diào)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(fù)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(fù)極，黑表筆接的是二極管的正極。

6 結(jié)束語

二極管作為半導(dǎo)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(dǎo)體器件的出現(xiàn)為世界科技進(jìn)步的飛速發(fā)展做出了卓越貢獻(xiàn)。因此，在各類職業(yè)院校和高校中，都將半導(dǎo)體二極管的教學(xué)納入教學(xué)計劃當(dāng)中。