6.2　整流二极管和开关二极管

6.2.1　整流二极管

整流二极管的功能是将交流电转换成直流电。整流二极管的功能说明如图6-9所示。

在图6-9（a）中，将灯泡与220V交流电源直接连起来。当交流电为正半周时，其电压极性为上正下负，有正半周电流流过灯泡，电流流经途径为：交流电源上正→灯泡→交流电源下负，如实线箭头所示；当交流电为负半周时，其电压极性变为上负下正，有负半周电流流过灯泡，电流流经途径为：交流电源下正→灯泡→交流电源上负，如虚线箭头所示。由于正负半周电流均流过灯泡，灯泡发光，并且光线很亮。

在图6-9（b）中，在220V交流电源与灯泡之间串接一个二极管，会发现灯泡也亮，但亮度较暗。这是因为只有交流电源为正半周（极性为上正下负）时，二极管才导通，而交流电源为负半周（极性为上负下正）时，二极管不能导通，结果只有正半周交流电通过灯泡，故灯泡仍亮，但亮度较暗。图中的二极管允许交流电一个半周通过而阻止另一个半周通过，其功能称为整流，该二极管称为整流二极管。

用作整流功能的二极管要求最大整流电流和最高反向工作电压满足电路要求，如图6-9（b）中的整流二极管在交流电源负半周时截止，它两端要承受300多伏电压，如果选用的二极管最高反向工作电压低于该值，二极管会被反向击穿。

表6-2列出了一些常用整流二极管的主要参数。

6.2.2　整流桥堆

1.外形与结构

桥式整流电路使用了四个二极管，为了方便起见，有些元件厂家将四个二极管做在一起并封装成一个器件，该器件称为整流全桥，其外形与内部连接如图6-10所示。全桥有四个引脚，标有“～”两个引脚为交流电压输入端，标有“+”和“−”分别为直流电压“+”和“−”输出端。

2.功能说明

整流桥堆是由4个整流二极管组成的桥式整流电路，其功能是将交流电压转换成直流电压。整流桥堆功能说明如图6-11所示。

整流桥堆有四个引脚，两个“～”端（交流输入端）接交流电压，“+”、“−”端接负载。当交流电压为正半周时，电压的极性为上正下负，整流桥堆内的VD1、VD3导通，有电流流过负载（灯泡），电流流经途径是：交流电压上正→VD1→灯泡→VD3→交流电压下负；当交流电压为负半周时，电压的极性为上负下正，整流桥堆内的VD2、VD4导通，有电流流过负载（灯泡），电流流经途径是：交流电压下正→VD2→灯泡→VD4→交流电压上负。

从上述分析可以看出，由于交流电压正负极性反复变化，故流过整流桥堆“～”端的电流方向也反复变化（比如交流电压为正半周时电流从某个“～”端流入，那么负半周时电流则从该端流出），但整流桥堆“+”端始终流出电流、“−”端始终流入电流，这种方向不变的电流即为直流电流。该电流流过负载时，负载上得到的电压即为直流电压。

3.引脚极性判别

整流全桥有四个引脚，两个为交流电压输入引脚（两引脚不用区分），两个为直流电压输出引脚（分正引脚和负引脚），在使用时须要区分出各引脚，如果整流全桥上无引脚极性标注，可使用万用表欧姆挡来测量判别。

在判别引脚极性时，万用表选择×1kΩ挡，黑表笔固定接某个引脚不动，红表笔分别测其他三个引脚，有以下几种情况：

① 如果测得三个阻值均为无穷大，则黑表笔接的为“+”引脚，如图6-12（a）所示；再将红表笔接已识别的“+”引脚不动，黑表笔分别接其他三个引脚，测得三个阻值会出现两小一大（略大），测得阻值稍大的那次时黑表笔接的为“−”引脚，测得阻值略小的两次时黑表笔接的均为“～”引脚。

② 如果测得三个阻值一小两大（无穷大），则黑表笔接的为一个“～”引脚，在测得阻值小的那次时红表笔接的为“+”引脚，如图6-12（b）所示；再将红表笔接已识别出的“～”引脚，黑表笔分别接另外两个引脚，测得阻值一小一大（无穷大），在测得阻值小的那次时黑表笔接的为“−”引脚，余下的那个引脚为另一个“～”引脚。

③ 如果测得阻值两小一大（略大），则黑表笔接的为“−”引脚，在测得阻值略大的那次时红表笔接的为“+”引脚，测得阻值略小的两次时黑表笔接的均为“～”引脚，如图6-12（c）所示。

4.好坏检测

整流全桥内部由四个整流二极管组成，在检测整流全桥好坏时，应先判明各引脚的极性（如察看全桥上的引脚极性标记），然后用万用表×10kΩ挡通过外部引脚测量四个二极管的正、反向电阻，如果四个二极管均正向电阻小、反向电阻无穷大，则整流全桥正常。

5.用数字万用表检测整流全桥

用数字万用表检测整流全桥如图6-13所示。测量时，挡位开关选择二极管测量挡，显示符号“OL”表示测量时内部未导通，显示“0.924（或相近数字）”表示测量时内部有两个二极管串联且均正向导通，显示“0.492（或相近数字）”表示测量时内部有一个二极管且正向导通。

6.2.3　高压二极管和高压硅堆

1.外形

高压二极管是一种耐压很高的二极管，在结构上相当于是多个二极管串叠在一起构成的。高压硅堆是一种结构功能与高压二极管基本相同的元件，高压硅堆一般体积较大。高压二极管和高压硅堆的最高反向工作电压多在千伏以上，在电路中用作高压整流、隔离和保护。高压二极管和高压硅堆的符号与普通二极管一样，高压二极管和高压硅堆外形如图6-14所示。

2.应用电路

高压二极管的应用如图6-15所示。该电路为机械式微波炉电路，高压二极管VD用作高压整流。220V交流电压经过一系列开关后加到高压变压器T的一次绕组L1上，在T的二次绕组L2上得到3.3V的交流低压，提供给磁控管灯丝，使之发热而易于发射电子，在T的二次绕组L3上得到2000V左右的交流高压，该电压经高压电容C和高压二极管VD构成的倍压整流电路后得到4000V左右的直流高压，送到磁控管的灯丝，使灯丝发射电子，激发磁控管产生2450MHz的微波，对食物进行加热。

L3、C、VD构成的倍压整流电路工作原理：当220V交流电压为正半周时，T的L1线圈的电压极性为上正下负，L3上感应电压极性也为上正下负，L3的上正下负电压经高压二极管VD对高压电容C充电，充电途径是：L3上正→C→VD→L3下负，在高压电容C上充得左正右负约2000V的电压；当220V交流电压为负半周时，T的L1线圈的电压极性为上负下正，L3上感应电压极性也为上负下正，L3的上负下正约2000V的电压与高压电容C的左正右负2000V左右的电压叠加（可以看成两个电池叠加），得到约4000V的电压，送到磁控管的灯丝，该叠加电压对高压二极管VD是反向电压，故VD不会导通。在图6-15电路中，高压二极管最高反向工作电压不能低于4000V，否则会被击穿损坏。

3.检测

高压二极管极性判别和好坏检测使用指针万用表×10kΩ挡（内部使用9V电池）。高压二极管的检测如图6-16所示，万用表选择×10kΩ挡，红、黑表笔分别接高压二极管两个引脚，正、反各测一次，正常时一次阻值大（无穷大），另一次阻值较小。以阻值小的那次测量为准，如图6-16（a）所示，黑表笔接的为高压二极管正极，红表笔接的为高压二极管负极。如果高压二极管正、反向电阻均为无穷大，则高压二极管开路；若高压二极管正、反向电阻均很小，则高压二极管短路。

注意：不能使用指针万用表×1Ω～×1kΩ挡测量高压二极管，这是因为高压二极管结构上相当于多个二极管串叠在一起（单个二极管导通电压为0.5～0.7V），使用×1Ω～×1kΩ挡正、反向测量高压二极管时，都无法使高压二极管导通，即检测出来的高压二极管正、反向电阻都是无穷大，无法区分出正负极和是否开路。高压硅堆的检测与高压二极管相同。

6.2.4　开关二极管

二极管具有导通和截止两种状态，它对应着开关的“开（接通）”和“关（断开）”两种状态。当二极管加正向偏压时，正极电压高于负极电压，二极管导通，相当于开关闭合；当二极管加反向偏压时，正极电压低于负极电压，二极管截止，相当于开关断开。

1.特点

在开关进行开、关状态切换时，需要一定的切换时间。同样地，二极管由一种状态转换到另一种状态也需要一定的时间。二极管从导通状态转换到截止状态所需的时间称为反向恢复时间，二极管从截止状态转换到导通状态所需的时间称为开通时间，二极管的反向恢复时间要远大于开通时间。故二极管通常只给出反向恢复时间。

为了达到良好的开、关效果，要求开关二极管的导通、截止切换速度很快，即要求开关二极管的反向恢复时间要短。开关二极管具有开关速度快、体积小、寿命长、可靠性高等特点，广泛应用于电子设备的开关电路、检波电路、高频和脉冲整流电路及自动控制电路中。

2.种类

开关二极管种类很多，如普通开关二极管、高速开关二极管、超高速开关二极管、低功耗开关二极管、高反压开关二极管和硅电压开关二极管等。

① 普通开关二极管。常用的国产普通开关二极管有2AK系列锗开关二极管（如2AK1）。

② 高速开关二极管。高速开关二极管较普通开关二极管的反向恢复时间更短，开、关频率更快。常用的国产高速开关二极管有2CK系列（2CK13），进口高速开关二极管有1N系列（如1N4148）、1S系列（如1S2471）、1SS系列（有引线塑封）和RLS系列（表面安装）。

③ 超高速开关二极管。常用的超高速开关二极管有1SS系列（有引线塑封）和RLS系列（表面封装）。

④ 低功耗开关二极管。低功耗开关二极管的功耗较低，但其零偏压电容和反向恢复时间值均较高速开关二极管低。常用的低功耗开关二极管有RLS系列（表面封装）和1SS系列（有引线塑封）。

⑤ 高反压开关二极管。高反压开关二极管的反向击穿电压均在220V以上，但其零偏压电容和反向恢复时间值相对较大。常用的高反压开关二极管有RLS系列（表面封装）和1SS系列（有引线塑封）。

⑥ 硅电压开关二极管。硅电压开关二极管是一种新型半导体器件，有单向电压开关二极管和双向电压开关二极管之分，主要应用于触发器、过压保护电路、脉冲发生器及高压输出、延时、电子开关等电路。单向电压开关二极管也称转折二极管，其正向为负阻开关特性（即当外加电压升高到正向转折电压值时，开关二极管由截止状态变为导通状态，即由高阻转为低阻），反向为稳定特性；双向电压开关二极管的正向和反向均具有相同的负阻开关特性。

最常用的开关二极管有1N4148、1N4448，两者均采用透明玻壳封装，靠近黑色环的引脚为负极，它们可以代换国产大部分2CK系列型号的开关二极管。1N4148、1N4448的参数如表6-3所示。

3.应用

开关二极管的应用举例如图6-17所示。从A点输入的Ui信号要到达B点输出，必须经过二极管VD，当控制电压为正电压时，二极管导通，Ui信号经C1、VD、C2到达B点输出；当控制电压为负电压时，二极管截止，Ui信号无法通过VD，不能到达B点。二极管VD在该电路相当于一个开关，其通、断受电压控制，故又称为电子开关。