1.4 晶体二极管与单结晶体管

晶体二极管是电子电路中最重要的半导体器件，它包括普通二极管和特殊二极管两大类。单结晶体管也是一种特殊的半导体二极管。

1.4.1 晶体二极管

晶体二极管是用半导体材料制成的具有单向导电特性的二端元件，简称为二极管。在电路中广泛被用于整流、检波、开关等用途，其文字符号用“VD”表示。

1.常见二极管实物与电路符号

常见二极管实物图与电路符号如图1-33所示。

2.国内晶体二极管的命名方法

国内晶体二极管的命名由5部分组成，其命名方法示意图如图1-34所示。晶体二极管命名方法第2、3部分的含义如表1-14所示。

第1部分表示的是晶体二极管的电极数，用“2”表示二极管。

举例说明：

2AP9表示为N型锗材料普通检波二极管，“9”表示序号。

2CZ55A表示为N型硅材料整流二极管，“55”表示序号。

2CK71B表示为N型硅材料开关二极管，“71”表示序号。

2CW15表示为N型硅材料的稳压二极管，“15”表示序号。

3.常见晶体二极管的分类

（1）仅从外观上看

较常见的有玻壳二极管、塑封二极管、金属壳二极管、大功率螺栓状金属壳二极管、微型二极管以及片状二极管等。

（2）按制造材料不同划分

有硅管和锗管两类。两者区别在于，锗管正向压降比硅管小（锗管为0.2～0.3V，硅管为0.6～0.8V）；锗管的反向漏电流比硅管大（锗管为几百微安，硅管小于1μA）；锗管的PN结可承受的温度比硅管低（锗管约为100℃，硅管约为200℃）。

（3）按制造工艺不同划分

有点接触型二极管和面接触型二极管。

（4）按功能与用途不同划分

可分为普通二极管和特殊二极管两大类。其中的普通二极管包括检波二极管、整流二极管、开关二极管等。当没有特别说明时，晶体二极管即指普通二极管。

4.晶体二极管的特点

（1）单向导电特性

晶体二极管的特点是具有单向导电特性。一般情况下，只允许电流从正极流向负极，而不允许电流从负极流向正极，即正向导通，反向截止。

（2）非线性特性

晶体二极管是非线性半导体器件，当电流正向通过二极管时，要在PN结上产生管压降UVD。锗二极管的正向管压降约为0.3V；硅二极管的正向管压降约为0.7V。另外，硅二极管的反向漏电流比锗二极管小得多。

5.常见晶体二极管的结构与应用

（1）整流二极管

整流二极管利用硅材料制作，PN结多为面接触型。通过的正向电流较大，对结电容无特殊要求。利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。

（2）桥式整流组件

整流二极管在使用中多被接成桥式整流的形式而形成桥式整流组件，具有半桥和全桥两种类型。半桥由两只相互独立的整流二极管组成，全桥由4只整流二极管两两相接组成。由于它体积小，使用方便，所以被广泛应用。桥式整流组件实物图及电路符号如图1-35所示。

（3）检波二极管

检波二极管利用锗材料制作，PN结多为点接触型，它利用二极管的单向导电性，对高频小信号进行检波。通过它的正向电流较小，其工作频率较高，结电容要求小。通常在收音机电路中使用。

（4）开关二极管

开关二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，相当于一只断开的开关。开关二极管由导通变为截止或由截止变为导通所需的时间比一般二极管短。主要用于电子计算机、脉冲和开关电路中。

6.整流二极管的主要参数

（1）最大整流电流（IOM）

当晶体二极管连续工作时，允许正向通过PN结的最大平均电流。若电路中的电流大于此值，则可使PN结温度超过额定值（锗管为80℃、硅管为170℃）而损坏。

（2）最大反向电压（URM）

反向加在二极管两端而不致引起PN结击穿的最大电压。若实际工作电压的峰值超过此值，则PN结中的反向电流将剧增而使整流特性变坏，甚至烧毁二极管。

（3）最大反向电流（IRM）

因载流子的漂移作用，二极管截止时仍有反向电流通过PN结，该电流受反向电压影响。当反向电压为URM时，反向电流即为最大，用IRM表示。二极管的IRM越小，质量越好。

（4）反向击穿电压（UB）

加在二极管两端的电压急剧增大，使反向电流也急剧增大。反向电流击穿PN结时的反向电压，即为击穿电压，用UB表示。UB一般为URM的两倍。

7.常用整流二极管参数介绍

常用整流二极管参数如表1-15所示。

1.4.2 特殊二极管

晶体二极管按功能与用途的不同，可分为普通二极管和特殊二极管两大类。其中的特殊二极管主要有稳压二极管、敏感二极管（磁敏二极管、温度效应二极管、压敏二极管等）、变容二极管、发光二极管、光敏二极管、激光二极管等。

1.常见特殊二极管实物与电路符号

1）常见特殊二极管实物图如图1-36所示。

2）常见特殊二极管的电路符号如图1-37所示。

2.常用特殊二极管特点与应用

（1）稳压二极管

稳压二极管工作于反向击穿状态且具有稳定端电压的特点，即当反向电压增大到一定程度时，反向电流剧增，二极管进入了反向击穿区，这时即使反向电流在很大范围内变化，二极管端电压仍保持基本不变，这个端电压即为稳定电压（UZ）。只要使反向电流不超过最大工作电流（IZM），稳压二极管是不会损坏的。

稳压二极管有如下参数：

1）稳定电压（UZ）。指稳压二极管在起稳压作用的范围内，其两端的反向电压值。不同型号的稳压二极管具有不同的稳定电压，使用时应根据需要选取。

2）最大工作电流（IZM）。指稳压二极管长期正常工作时所允许通过的最大反向电流值。使用中，应控制通过稳压二极管的工作电流，使其不超过最大工作电流，否则将烧毁稳压二极管。

稳压二极管的主要作用是稳压，因此被应用在各类稳压电路中。在有的要求较高的电路中，也使用温度补偿或瞬态电压抑制等特殊的稳压二极管。

（2）发光二极管（LED）

发光二极管（简称为LED）是一种具有一个PN结的半导体电致发光器件。

发光二极管有如下参数：

1）最大工作电流（IFM）。指发光二极管长期正常工作所允许通过的最大正向电流。使用中电流不能超过此值，否则将会烧毁发光二极管。

2）最大反向电压（URM）。指发光二极管在不被击穿的前提下所能承受的最大反向电压。发光二极管的最大反向电压URM一般在5V左右，使用中不应使发光二极管承受超过5V的反向电压，否则发光二极管将可能被击穿。

除此之外，还有发光波长、发光强度等参数。

发光二极管最大特点就是发光。为此，实际应用中常有红色、绿色、蓝色及白色等各类颜色的单色发光二极管，也有将两种或两种以上发光颜色的管心封装在一起构成双色、三色或变色等发光二极管。

由于发光二极管主要作用是指示和光发射（也可作为稳压管使用），所以它被广泛应用在显示、指示、遥控和通信领域。

（3）激光二极管（LD）

激光二极管是由铝砷化镓材料制成的半导体，是激光影音设备中不可缺少的重要器件。CD、VCD、DVD机以及光驱中的激光头就是由激光二极管构成的，但为了易于控制激光管功率，其内部还设置一只感光二极管（PD）。

激光头的组成示意图如图1-38所示。

（4）变容二极管

变容二极管是利用PN结电容随外加反向电压而变化的特性制成的半导体器件。

变容二极管工作在反向偏置区，其结电容的大小与偏压的大小有关。反向偏压越高，结电容越小；反之，结电容越大，且曲线是非线性的。

在无线电通信设备或仪器仪表的倍频、限幅和频率微调等电路中，变容二极管作为可变电容使用。

1.4.3 单结晶体管

单结晶体管又称为双基极二极管，是一种具有一个PN结和两个欧姆电极的负阻半导体器件。

单结晶体管在电路中的文字符号用“V”表示。

单结晶体管可分为N型基极单结晶体管和P型基极单结晶体管两大类，具有陶瓷封装和金属壳封装等形式。

1.单结晶体管的命名方法

国产单结晶体管的型号命名由5部分组成。第1部分用字母“B”表示半导体管，第2部分用字母“T”表示特种管，第3部分用数字“3”表示有3个电极，第4部分用数字表示耗散功率，第5部分用字母表示特性参数分类。

2.单结晶体管的工作过程

当发射极电压UE大于峰点电压UP时，PN结处于正向偏置，单结晶体管导通。随着发射极电流IE的增加，大量空穴从发射极注入硅晶体，导致发射极与第一基极间的电阻急剧减小，其间的电位也就减小，呈现出负阻特性。

N型基极单结晶体管的工作过程示意图如图1-39所示。

3.单结晶体管的参数

单结晶体管的主要参数有分压比、峰点电压与电流、谷点电压与电流、调制电流和耗散功率等。

（1）分压比（η）

分压比是指单结晶体管发射极E至第一基极B1间的电压（不包括PN结管压降）占两基极间电压的比例。η是单结晶体管很重要的参数，一般在0.3～0.9之间，是由管子内部结构所决定的常数。单结晶体管分压比示意图如图1-40所示。

（2）峰点电压（UP）与电流（IP）

峰点电压是指单结晶体管刚开始导通时的发射极E与第一基极B1间的电压，其所对应的发射极电流称为峰点电流（IP）。峰点、谷点电压与电流示意图如图1-41所示。

（3）谷点电压（UV）与电流（IV）

谷点电压（UV）是指单结晶体管由负阻区开始进入饱和区时的发射极E与第一基极B1间的电压，其所对应的发射极电流称为谷点电流（IV），峰点、谷点电压与电流示意图如图1-41所示。

（4）调制电流（IB2）

调制电流是指发射极处于饱和状态时从单结晶体管第二基极B2流过的电流。

（5）耗散功率（PB2M）

耗散功率是指单结晶体管第二基极的最大耗散功率。这是一项极限参数，使用中单结晶体管实际功耗应小于PB2M，并留有一定余量，以防损坏。

单结晶体管最重要的特点是具有负阻特性，基本作用是组成脉冲产生电路，包括弛张振荡器、波形发生器等，并可使电路结构大为简化。此外，单结晶体管还可用做延时电路和触发电路。

1.4.4 任务4——晶体二极管与单结晶体管的识别与判别

1.实训目的

1）能描述各类晶体二极管的基本特性。

2）会熟练使用万用表。

3）能正确识别与判别各类晶体二极管。

2.实训设备与器材准备

1）MF47A型指针万用表 1块。

2）DT-890型数字万用表 1块。

3）某彩色电视机电路机板 1块。

4）各类晶体二极管 若干。

3.实训步骤与报告

（1）普通二极管的直观识别

1）准备一块电路整机板，比如彩色电视机电路机板。

2）在整机板上对各类晶体二极管与单结晶体管的名称、型号、引脚极性等进行识读。

3）做好记录。

（2）普通二极管的极性直观识别

1）准备大量普通二极管实物。

2）将电路符号印在二极管实体上，按电路符号的正、负方向识别。

3）二极管两端形状不同，平头一端为正极，圆头一端为负极。

4）在二极管的一端印上一道色环，该端就是负极。普通二极管极性直观识别示意图如图1-42所示。

（3）普通二极管极性判别

1）将万用表置于“Ω”档，选择R×100Ω或R×1kΩ档量程。

2）将万用表的两表笔分别接触二极管的两引脚，测得第一次电阻值。

3）交换万用表的两表笔，测得第二次电阻值。

4）阻值较小的一次，黑表笔接触的一端是二极管正极。普通二极管极性判别示意图如图1-43所示。

（4）普通二极管性能检测

1）将万用表置于“Ω”档，选择R×100Ω档量程。

2）测量小功率锗管，若其正向电阻R正（黑表笔接二极管的正端，红表笔接二极管的负端）在200～600Ω之间，反向电阻R反（黑表笔接二极管的负端，红表笔接二极管的正端）大于20kΩ以上，则符合一般要求。

3）测量小功率硅管，若其正向电阻在900Ω～2kΩ之间，反向电阻都在500kΩ以上，则符合一般要求。当对正常硅管测其反向电阻时，万用表指针都指向∞。

4）二极管正、反向电阻相差越大越好，凡阻值相同或相近都视为坏管。

【注】当测量二极管正、反向电阻时，宜用万用表R×100Ω或R×1kΩ档，硅管也可以用R×10kΩ档来测量。

（5）稳压二极管的极性直观识别

1）准备大量稳压二极管实物。

2）将电路符号印在二极管实体上，按电路符号的正、负方向识别。

3）在二极管的一端印上一道色环，该端就是负极。稳压二极管极性直观识别示意图如图1-44所示。

（6）稳压二极管的检测

1）将万用表置于“Ω”档，选择R×1kΩ档量程。

2）对其极性和管子好坏的判断方法与普通二极管所使用的一样。

3）将万用表置于“Ω”档，选择R×10kΩ量程。

4）测量稳压二极管的反向电阻，可从万用表“10V电压刻度线”上读出数值。

5）根据“稳压值=（10-读数）×（9+1.5）/10”可大概求得稳压值。其中数值“9、1.5”指的是电池电压数。

【注】万用表型号不同，高阻档使用的高压叠层电池电压也不同，常有6V、9V、15V、22.5V等。故利用万用表直接测量稳压二极管的稳压值受表内电池电压高低所限制。

（7）稳压二极管与普通二极管的判别

1）将万用表置于“Ω”档，选择R×10kΩ档量程。

2）测量稳压二极管与普通二极管的反向电阻值，对于稳压二极管，若表内叠层电池电压高于稳压管稳压值时，其反向电阻则变得较小，因为此时稳压管已被击穿；对于普通二极管，其阻值一般为∞。

3）有电阻值者为稳压二极管，无电阻值（即∞）者为普通二极管。

【注】当稳压管的稳压值高于表内叠层电池电压时，通过万用表来分辨稳压二极管与普通二极管就非常困难了。

（8）发光二极管极性直观识别

1）准备大量发光二极管实物。

2）在发光二极管两引脚中，较长的是正极，较短的是负极。

3）对于透明或半透明塑料封装的发光二极管，可以观察它内部电极的形状，正极的内电极较小，负极的内电极较大。发光二极管的直观识别示意图如图1-45所示。

（9）发光二极管的检测

1）将万用表置于“Ω”档，选择R×10kΩ档量程。

2）测量发光二极管的正向电阻R正应很小，有的会发出微弱光来。

3）测量发光二极管的反向电阻R反应为∞。

4）符合上述条件则为合格器件。

（10）单结晶体管的引脚及质量检测（以N型基极管为例）

1）将万用表置于“Ω”档，选择R×1kΩ档量程。

2）假定其中某引脚为E极，用万用表的“黑表笔”接触，“红表笔”分别接触剩下两引脚，测得的正向电阻R正均为几千欧。

3）测量单结晶体管的反向电阻R反应均为∞。

4）若所测数据符合上述条件，则假定引脚就是E极，剩下两脚分别为B1和B2。

5）测量B1和B2之间的电阻值应在3～10kΩ范围（表笔不分极性）之内。

6）符合上述条件则为合格器件。

（11）晶体二极管与单结晶体管的识别与判别实训报告