项目一 二极管的识别与检测

一、项目目标

（1）掌握普通二极管的识别与简易检测方法。（2）掌握专用二极管的识别与简易检测方法。

二、项目器材列表（表11）

表1 1

项 目 器 材

三、项目知识储备

半导体器件是电子电路的核心，电子电路的质量与所用半导体器件的质量关系非常密切。因此，学习电子电路必须首先了解半导体器件的构造，掌握它们的基本原理、特性和参数。

半导体器件的种类很多，一般来说，用半导体材料制造的二极管、三极管、场效应晶体管及集成电路等，统称为半导体器件。本项目要学习的是半导体和半导体二极管、三极管、场效应晶体管的基础知识。

自然界有多种物质，按其导电性能可分为导体、绝缘体和半导体三类。导电性能良好的物质称为导体，例如各种金属及酸、碱、盐的水溶液等。不导电的物质称为绝缘体，例如玻璃、橡胶及陶瓷等。另外还有一类物质，它们的导电性能介于导体和绝缘体之间，称为半导体，例如硅、锗、硒、砷化镓和大多数金属氧化物及硫化物等。

（一）本征半导体的结构及其特性1.本征半导体的结构

纯净的半导体称为本征半导体。常用的半导体硅、锗是分别由硅、锗原子组成的，在常温下，由于其为共价键结构而处于稳定状态，自由电子极少，它们的导电性能很差。在某种外界因素（例如受热、光照）激发下，有的价电子由于吸收能量而内能增加，挣脱了原子核的束缚变为自由电子。电子离去后，原来的位置就留下一个空位，这个空位称为空穴。

一价电子的离去形成一个空穴，这个空穴又可以被别的电子填补，这样就又产生了一个新的空穴。电子和空穴均为载流子。在电场的作用下，电子向高电位方向运动，空穴向低电位方向运动，于是形成了电流。

2.本征半导体的特性

（1）热敏特性。当半导体的温度升高时，电子、空穴增多，它的导电性能就会随着温度的升高而增强，半导体的这种特性称为热敏特性。利用半导体的热敏特性可制成半导体热敏器件。

（2）光敏特性。当半导体受到光的照射时，电子、空穴也会增多，它的导电性能也会随光照的增强而增强，半导体的这种特性称为光敏特性。利用半导体的光敏特性可制成半导体光敏器件。

（3）掺杂特性。当有目的地往本征半导体中掺入微量五价或三价元素时，半导体的导电性能就会急剧增强，半导体的这种特性称为掺杂特性。利用半导体的掺杂特性，可以制成半导体材料，从而制造各种半导体器件。

（二）半导体材料

利用半导体的掺杂特性，往本征半导体中掺入微量五价或三价元素，就制成了半导体材料。半导体材料有N型和P型两种，它们是制作各种半导体元器件的材料。

1.N型半导体

往本征半导体中掺入微量五价元素，可制成N型半导体材料。五价元素的掺入使自由电子浓度增大，半导体的导电性能急剧增强。N型半导体的导电是以电子导电为主，所以N型半导体又称为电子导电半导体。

2.P型半导体

往本征半导体中掺入微量三价元素，可制成P型半导体材料。三价元素的掺入使空穴浓度增大，半导体的导电性能急剧增强。P型半导体的导电是以空穴导电为主，所以P型半导体又称为空穴导电半导体。

图11 PN结的结构示意图

杂质的掺入，使N型半导体和P型半导体内部载流子的数目远远大于本征半导体，所以半导体材料的导电能力相比本征半导体有了极大的增强。往本征半导体中掺入杂质的目的，是为了利用半导体材料的这一特性生产半导体器件。

（三）PN结及其特性

1.PN结

当把一块P型半导体和一块N型半导体以一定的工艺方法结合在一起时，P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子就会相互扩散、复合，在它们的交界面形成一个带有电荷而无载流子的特殊薄层，这个薄层就叫做PN结。PN结的P型区由于失去空穴、得

到电子而带负电，PN结的N型区由于失去电子、得到空穴而带正电，由此而形成的电场称为PN结电场。由于PN结内的电子与空穴已经复合，没有载流子，所以PN结又称为耗尽层。PN结的结构示意图如图

1 1所示。

2.PN结的特性

PN结具有单向导电特性，即加正向电压导电，加反向电压不导电。PN结的单向导电特性具有很重要的理论及实用意义，它是分析半导体二极管和三极管工作原理的基础。

（1）PN结正向导电。当给PN结加上正向电压，即P区接高电位，N区接低电位时，外电场的方向与PN结电场的方向相反。由于外电场的加入，PN结电场减弱，PN结变薄，使得空穴与电子的扩散能够继续进行，于是PN结能够导电。PN结正向导电原

理如图1 2（a）所示。

（2）PN结反向不导电。当给PN结加反向电压，即P区接低电位，N区接高电位时，外电场的方向与PN结电场的方向相同。由于外电场的加入，PN结电场得到增强，PN结变厚，使得扩散不能进行，于是PN结不导电。PN结的单向导电特性原理如图1

2（b）所示。

图12 PN结的单向导电特性

（四）半导体二极管

1.二极管的结构、符号和分类

（1）结构和符号。半导体二极管又叫晶体二极管，简称二极管，它的内部由一个PN结构成，外部引出两个电极，从P区引出的电极为二极管的正极，又叫阳极；从N区引出的电极为二极管的负极，又叫阴极。然后再将其封装在管壳内，如图1 3（a）所示。

图13 电路图形符号

二极管有一个PN结、两个电极，其主要特性是单向导电性。

二极管的电路图形符号如图1 3（b）所示，文字符号用VD表示。图形符号中箭头的方向表示二极管正向导通时电流的方向，正常工作时电流由正极流向负极。二极管是电子线路经常使用的器件。

（2）类型。二极管的分类方法有很多种，见表12。

表1 2

二极管的种类

2.二极管的伏安特性

为了直观地说明二极管的性质，通常使用二极管两端的电压与通过二极管的电流之间的关系曲线，即二极管的伏安特性曲线，如图14所示。

图14 二极管的伏安特性

在图14所示的坐标图中，位于第一象限的曲线表示二极管的正向特性，位于第三象限的曲线表示二极管的反向特性。

（1）正向特性。所谓正向特性是指给二极管加正向电压（二极管正极接高电位，负极接低电位）时的特性。当正向电压小于某一数值（该电压称为死区电压，硅管为0.5V，锗管为0.2V）时，通过二极管的电流很小，几乎为零。当正向电压超过死区电压时，电流随电压的升高而明显增加，此时二极管进入导通状态。二极管导通后，二极管两端的电

压几乎不随电流的变化而变化，此时二极管两端的电压称为导通管压降，用U_T表示，硅

管为0.7V，锗管为0.3V。

（2）反向特性。二极管正向电压未达到死区电压时，并不能导通，只有在正向电压达到或超过死区电压时，二极管才能导通。所谓反向特性是指给二极管加反向电压（二极管正极接低电位，负极接高电位）时，当反向电压小于某值（此电压称为反向击穿电压U_BR）时，反向电流很小，并且几乎不随反向电压的变化而变化，该反向电流称为反向饱和电流，简称反向电流，用I_JR表示。通常硅管的反向电流在几十微安以下，锗管的反向电流可达几百微安。在应用时，反向电流越小，二极管的热稳定性越好，质量越高。

当反向电压增加到反向击穿电压U_BR时，反向电流会急剧增大，这种现象称为反向击穿。反向击穿破坏了二极管的单向导电性，如果没有限流措施，二极管很可能因电流过大而损坏。

无论硅管还是锗管，即使工作在最大允许电流下，二极管两端的电压降一般也都在0.7V以下，这是由二极管的特殊结构所决定的。所以，在使用二极管时，电路中应该串联限流电阻，以免因电流过大而损坏二极管。

不同材料、不同结构的二极管电压、电流特性曲线虽有区别，但形状基本相似，都不是直线，故二极管是非线性元件。

3.二极管的检测

（1）普通单色二极管的检测。

1）正向导通电压1.5～2.5V。外加电压越大越亮。注意实际电压不能使通过LED的电流超过其最大工作电流。

2）检测时，要用R×10k挡（因内电池电压为9V），方法同普通二极管，只是正向电大得多，甚至测量时还微微发光。

（2）稳压二极管的检测。

1）工作在反压状态，具有稳压作用，检测方法同普通二极管。

2）不同处：用R×1k挡测反向电阻很大，换用R×10k，其反向电阻减小很多。若换挡电阻基本不变，说明是普通二极管。变化则为稳压二极管。使用R×10k挡时内电池电压为9V，若稳压二极管反向击穿电压小于9V，则因被击穿而电阻减小很多。而普通二极管反向击穿电压比普通管大得多，不会击穿。

（3）普通光电二极管的检测。

1）光电二极管工作在反向偏置状态。

2）无光照时，光电二极管与普通二极管一样，反向电流小，反向电阻大（几十兆欧姆以上）；有光照时，反向电流明显增加，反向电阻明显减小（几千欧姆～几十千欧姆），反向电流与光照成正比。检测有无光照电阻相差很大。检测结果相差不大说明已坏或不是光电二极管。

四、项目步骤

1.普通二极管的识别与检测在表13中填好检测结果。

表1 3

用万用表测试普通二极管

（1）塑封白环一端为负极，玻璃封装黑环一端为负极。

（2）检测时两手不能同时接触两引脚，表置于R×1k挡，并欧姆调零。调零时间不能太长。

（3）读数要用平面镜成像规律。2.专用二极管的识别与检测在表14中填好测量结果。

表1 4

用万用表测试专用二极管

（1）测试发光二极管，应用R×10k挡并调零。

（2）测稳压二极管时，用R×1k或R×10k，分别测反向电阻。

（3）测光电二极管时要遮住受光窗，接受光时，光线不能太强，否则会损坏二极管。

五、想一想，练一练

（1）如何判断硅二极管、锗二极管?

（2）查资料，总结硅、锗二极管分别适合什么场合。

（3）查资料找出本次实训用二极管可替代的进口二极管管型、进口二极管可替代的国产管型。

六、项目评价表（表15）

表1 5

项目评价表