半導(dǎo)體二極管的選用

  通常小功率鍺二極管的正向電阻值為300～500Ω，硅管為1kΩ或更大些。鍺管反向電阻為幾十千歐，硅管反向電阻在500kΩ以上(大功率二極管的數(shù)值要大得多)。正反向電阻差值越大越好。

  點(diǎn)接觸二極管的工作頻率高，不能承受較高的電壓和通過較大的電流，多用于檢波、小電流整流或高頻開關(guān)電路。面接觸二極管的工作電流和能承受的功率都較大，但適用的頻率較低，多用于整流、穩(wěn)壓、低頻開關(guān)電路等方面。

  選用整流二極管時(shí)，既要考慮正向電壓，也要考慮反向飽和電流和最大反向電壓。選用檢波二極管時(shí)，要求工作頻率高，正向電阻小，以保證較高的工作效率，特性曲線要好，避免引起過大的失真。

利用二極管單向?qū)щ姷奶匦裕�常用二極管作整流器，把交流電變?yōu)橹绷麟姡�即只讓交流電的正半�?/span>(或負(fù)半周)通過，再用電容器濾波形成平滑的直流。事實(shí)上好多電器的電源部分都是這樣的。二極管也用來做檢波器，把高頻信號中的有用信號“檢出來”，老式收音機(jī)中會有一個(gè)“檢波二極管”，一般用2AP9型鍺管。

  二極管的類型也有好幾種，對于電子制作來說，常常用到以下的二極管： 用于穩(wěn)壓的穩(wěn)壓二極管，用于數(shù)字電路的開關(guān)二極管，用于調(diào)諧的變?nèi)荻�極管，以及光電二極管等，最常看見的是發(fā)光二極管。

發(fā)光二極管在日常生活電器中無處不在，它能夠發(fā)光，有紅色、綠色和黃色等，有直徑為3mm或5mm圓形的，也有規(guī)格為2×5mm長方形的。與普通二極管一樣，發(fā)光二極管也是由半導(dǎo)體材料制成的，也具有單向?qū)щ姷男再|(zhì)，即只有極性正確才能發(fā)光。

  發(fā)光二極管的發(fā)光顏色一般和它本身的顏色相同，但是近年來出現(xiàn)了透明的發(fā)光管，它也能發(fā)出紅黃綠等顏色的光，只有通電了才能知道。 辨別發(fā)光二極管正負(fù)極的方法，有實(shí)驗(yàn)法和目測法。實(shí)驗(yàn)法就是通電看看能不能發(fā)光，若不能就是極性接錯(cuò)或是發(fā)光管損壞。

  注意發(fā)光二極管是一種電流型器件，雖然在它的兩端直接接上3V的電壓后能夠發(fā)光，但容易損壞，在實(shí)際使用中一定要串接限流電阻，工作電流根據(jù)型號不同一般為1mA到30mA。另外，由于發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓一般為1.7V以上，所以一節(jié)1.5V的電池不能點(diǎn)亮發(fā)光二極管。同樣，一般萬用表的R×1擋到R×1k擋均不能測試發(fā)光二極管，而R×10k擋由于使用15V的電池，能把有的發(fā)光管點(diǎn)亮。

  用眼睛來觀察發(fā)光二極管，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的兩個(gè)電極一大一小。一般來說，電極較小、個(gè)頭較矮的一個(gè)是發(fā)光二極管的正極，電極較大的一個(gè)是它的負(fù)極。若是新買來腳較長的一個(gè)是正極。

發(fā)光二極管的伏安特性   發(fā)光二極管的伏安特性與普通二極管類似，但它的正向壓降較大，并在正向壓降達(dá)到一定值時(shí)發(fā)光。發(fā)光顏色和構(gòu)成PN結(jié)的材料有關(guān)，通常有紅、黃、綠、藍(lán)和紫等顏色。發(fā)光亮度近似和工作電流密度成正比，但摻雜ZnO和GaP的發(fā)光二極管，其發(fā)光亮度隨電流密度的增加會很快趨向飽和。另外，隨結(jié)溫的升高，LED的發(fā)光亮度將會減弱。

  由于發(fā)光二極管的響應(yīng)時(shí)間(光信號對電信號的延遲時(shí)間)一般小于100ns，故直流信號、交流信號或脈沖信號均可作為它的驅(qū)動信號。

  國產(chǎn)LED器件用FG × 1 × 2 × 3 × 4 × 5 × 6命名，其中×1表示材料，×1取值1，2，3分別對應(yīng)LED的材料為GaAsP，GaAsAl和GaP。×2表示發(fā)光顏色，×2取1~6時(shí)表示發(fā)光顏色為紅、橙、黃、綠、藍(lán)和復(fù)色，× 3表示封裝形式。× 4表示外形，取0 ~ 6各整數(shù)時(shí)，分別指發(fā)光二極管的外形為圓形、長方形、符號形、三角形、正方形、組合形和特殊形。× 5 × 6為序號。

使用發(fā)光二極管時(shí)，若用電壓源驅(qū)動，則應(yīng)在電路中串接限流電阻，以防止LED中電流過大而損壞。用交流信號驅(qū)動時(shí)，為防止LED被反向擊穿，可在兩端反極性并連整流二極管。幾種紅色發(fā)光二極管的參數(shù)見表B313。

光敏二極管又稱光電二極管，目前使用最多的是光電二極管。它有四種類型：PN結(jié)型，PIN結(jié)型，雪崩型和肖特基結(jié)型。以下簡介PN結(jié)型光敏二極管。

  PN結(jié)型光敏二極管同普通二極管一樣，也是PN結(jié)構(gòu)造，只是結(jié)面積較大，結(jié)深較淺，管殼上有光窗，從而使人射光容易注入PN結(jié)的耗盡區(qū)中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，大的結(jié)面積增加了有效光面積，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。

  在無光照射時(shí)，光敏二極管的伏安特性和普通二極管一樣，此時(shí)的反向飽和電流叫暗電流，一般在幾微安到幾百微安之間，其值隨反向偏壓的增大和環(huán)境溫度的升高而增大。在檢測弱光電信號時(shí)，必須考慮用暗電流小的管子。  

  在有光照時(shí)，光敏二極管在一定的反偏電壓范圍內(nèi)(UR≥5V)，其反向電流將隨光照強(qiáng)度(10-3～103 lx范圍內(nèi))的增加而線性增加，這時(shí)的反向電流又叫光電流。因此，對應(yīng)一定的光照強(qiáng)度，光敏二極管相當(dāng)于一個(gè)恒流源。在有光照而無外加電壓時(shí)，光敏二極管相當(dāng)于一個(gè)電池，P區(qū)為正，N區(qū)為負(fù)。

  光敏二極管有一定光譜響應(yīng)范圍，并對某波長的光有最高的響應(yīng)靈敏度(峰值波長)。因此，為獲取最大的光電流，應(yīng)選擇光譜響應(yīng)特性符合待測光譜的光敏二極管，同時(shí)加大照度和調(diào)整入射的角度。

  光敏二極管的響應(yīng)時(shí)間，一般小于幾百微秒，主要取決于結(jié)電容和外部電路電阻的乘積。表B316列出了幾種光敏二極管的參數(shù)，其中靈敏度指輸入給定波長的單位功率時(shí)，光敏二極管能輸出的光電流值。

穩(wěn)壓二極管工作原理 

一、穩(wěn)壓二極管原理及特性 

一般三極管都是正向?qū)�通，反向截止；加在二極管上的反向電壓如果超過二極管的承受能力，二極管就要擊穿損毀。但是有一種二極管，它的正向特性與普通二極管相同，而反向特性卻比較特殊：當(dāng)反向電壓加到一定程度時(shí)，雖然管子呈現(xiàn)擊穿狀態(tài)，通過較大電流，卻不損毀，并且這種現(xiàn)象的重復(fù)性很好；只要管子處在擊穿狀態(tài)，盡管流過管子的電在變化很大， 而管子兩端的電壓卻變化極小起到穩(wěn)壓作用。這種特殊的二極管叫穩(wěn)壓管。 

穩(wěn)壓管的型號有2CW、2DW 等系列，它的電路符號如圖5－17所示。 

穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性，可用圖5一18所示伏安特性 曲線很清楚地表示出來。 

穩(wěn)壓管是利用反向擊多區(qū)的穩(wěn)壓特性進(jìn)行工作的，因此，穩(wěn)壓管在電路中要反向連接。穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓稱為穩(wěn)定電壓，不同類型穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓也不一

樣，某一型號的穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值固定在口定范圍。例 如：2CW11的穩(wěn)壓值是3.2伏到4．5伏，其中某一只管子的穩(wěn)壓值可能是3．5伏，另一只管子則可能是4，2伏。 

在實(shí)際應(yīng)用中，如果選擇不到穩(wěn)壓值符合需要的穩(wěn)壓管，可以選用穩(wěn)壓值較低的穩(wěn)壓管，然后串聯(lián)幾只硅二極管“枕墊”，把穩(wěn)定電壓提高到所需數(shù)值。這是利用硅二極管的正向壓降為0．6～0．7伏的特點(diǎn)來進(jìn)行穩(wěn)壓的。因此，二極管在電路中必須正向連接，這是與穩(wěn)壓管不同的。 

  穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能的好壞，可以用它的動態(tài)電阻r來 表示： 

  顯然，對于同樣的電流變化量ΔI，穩(wěn)壓管兩端的電壓變化量ΔU越小，動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓管性能就越好。 

  穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻是隨工作電流變化的，工作電流越大，動態(tài)電阻越小。因此，為使穩(wěn)壓效果好，工作電流要選得合適。工作電流選得大些，可以減小動態(tài)電阻，但不能超過管子的最大允許電流（或最大耗散功率）。 各種型號管子的工作電流和最大允許電流，可以從手冊中查到。 

  穩(wěn)壓管的穩(wěn)定性能受溫度影響，當(dāng)溫度變化時(shí)，它的穩(wěn)定電壓也要發(fā)生變化，常用穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)來表示，這種性能例如2CW19型穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Uw= 12伏，溫度系數(shù)為0.095%℃ ，說明溫度每升高1℃，其穩(wěn)定電壓升高11.4毫伏。為提高電路的穩(wěn)定性能，往往采用適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償措施。在穩(wěn)定性能要求很高時(shí)，需使用具有溫度補(bǔ)償?shù)姆�(wěn) 壓，如2DW7A、2DW7W、2DW7C 等。 二、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路圖 

  由硅穩(wěn)壓管組成的簡單穩(wěn)壓電路如圖5- l9（a）所示。硅穩(wěn)壓管DW與負(fù)載Rfz，并聯(lián)，R1為限流電阻。 

這 個(gè)電路是怎樣進(jìn)行穩(wěn)壓的呢？ 

若電網(wǎng)電壓升高，整流電路的輸出電壓Usr也隨之升高，引起負(fù)載電壓Usc 升高。由于穩(wěn)壓管DW與負(fù)載Rfz并聯(lián)，Usc 只要有根少一點(diǎn)增長，就會使流過穩(wěn)壓管的電流急劇增加，使得I1也增大，限流電阻R1上的電壓降增大，從而抵消了Usr的升高，保持負(fù)載電壓Usc 基本不變。反之，若電網(wǎng)電壓降低，引起Usr下降，造成Usc 也下降，則穩(wěn)壓管中的電流急劇減小，使得I1減小，R1上的壓降也減小，從而抵消了Usr的下降，保持負(fù)載電壓Usc 基本不變。 

若Usr不變而負(fù)載電流增加，則R1上的壓降增加，造成負(fù)載電壓Usc 下降。Usc只要下降一點(diǎn)點(diǎn)，穩(wěn)壓管中的電流就迅速減小，使R1上的壓降再減小下來，從而保持R1上的壓降基本不變，使負(fù)載電壓Usc 得以穩(wěn)定。 

  綜上所述可以看出，穩(wěn)壓管起著電流的自動調(diào)節(jié)作用，而限流電阻起著電壓調(diào)整作用。穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻越小，限流電阻越大，輸出電壓的穩(wěn)定性越好。