2.1 半导体二极管的识别与检测
二极管是最基本的半导体器件，它的特点可以用五个字来概括，就是单向导电性，即电流只能从二极管的正极流向负极，而不能从负极流向正极。这个特点很有点像渔民捕鱼用的鱼篓，小鱼从篓口往篓里游动很顺畅，但要从篓里往篓口游出来就非常困难了。
2.1.1 半导体二极管的类型与用途
按照制造二极管的材料来分，二极管可分为硅二极管和锗二极管两种。用这两种材料制造的二极管在工作特性上有些差别，分别适用于不同的场合。现在使用量最多的当属硅二极管，其性能在许多方面都比锗二极管要好。
一般大都按照二极管的用途将二极管分为整流二极管、稳压二极管、检波二极管、开关二极管、双向二极管、变容二极管、阻尼二极管、高压硅堆和敏感类二极管（光敏、温敏、压敏、磁敏等）。
二极管的外包装材料有塑料、玻璃和金属三种，主要是考虑到二极管的工作情况，比如用在高频电路中的二极管，就大都采用塑料和玻璃封装，如果二极管用在大功率的整流电路中，就需要采用金属封装，以有利于散热。常用半导体二极管的外形和封装形式如图2.1所示。
图2.1 常用半导体二极管的外形和封装形式
（1）整流二极管
整流二极管可以把交流电变成脉动的直流电。常用的型号有2CZ型、2DZ型等，还有用于高压和高频整流电路的高压整流堆，如2CGL型、DH26型、2CL51型等。
选择整流二极管时，主要应考虑二极管的最大整流电流和最高反向工作电压这两个参数是否满足要求。对于流过二极管的电流小于1A的整流电路而言，通常可用型号为1N4007的硅二极管，它的工作电流为1A，耐压可达1000V，价格也很便宜，只有几分钱一只，且性能稳定，一致性好。1N4007硅二极管的外形如图2.2所示，它是采用塑封包装的。
图2.2 1N4007硅二极管的外形
为了使用方便，工厂将四个二极管按照桥式整流电路的连接方式制造成一个器件，称之为全桥。如图2.3所示，就是两款全桥器件的外形，一个全桥有四只引线，两只接交流输入，另外两只就是直流输出，且标有正负极符号，使用起来非常方便。
图2.3 两款全桥器件的外形
也有将两个二极管按照全波整流电路的连接方式做在一起的器件，称之为半桥。半桥是将桥式整流的两个二极管封在一起，用两个半桥可组成一个桥式整流电路，一个半桥也可以组成变压器带中心抽头的全波整流电路。如图2.4所示，就是一个大功率半桥器件的外形，它只有三只引线。
图2.4 大功率半桥器件的外形
（2）检波二极管
检波二极管的主要作用是把低频信号从高频载波信号中检出来，就像你到车站接客人，把客人从高铁上接下来。检波二极管一般为锗管，因为其正向导通电压比较低，最低只有0.1V，很适合用于小信号的检波。检波二极管常采用玻璃外壳封装，主要型号有2AP型和1N4148（国外型号）等。一款检波二极管1N4148的外形如图2.5所示。
图2.5 一款检波二极管1N4148的外形
选用检波管时，主要是看其工作频率是否符合要求。
（3）稳压二极管
稳压二极管也常简称为稳压管，它是用特殊工艺制造的面接触型半导体二极管，一般都采用硅材料制作。稳压二极管的特点是它工作于反向击穿区，当其被反向击穿后，若外加电压减小或消失，稳压二极管的PN结能自动恢复而不至于损坏。
稳压管主要用于直流电源电路中的稳压环节中，常用的有2CW型和2DW型，在其表面上往往印刷有其稳压值。一款稳压二极管的外形如图2.6所示，可以看出，它也是用玻璃外壳封装的。
图2.6 一款稳压二极管的外形
（4）变容二极管
当PN结加上反向电压时，此时的PN结就相当于一个小电容，而且其结电容是随着外加电压的变化而变化的，例如2CB14型变容二极管，当反向电压在3～25V变化时，其结电容在20～30pF变化。变容二极管主要用在高频电路中作自动调谐、调频和调相等，如在彩色电视机中就是用变容二极管实现电视频道的自动选择。
一款变容二极管的外形如图2.7所示。
图2.7 一款变容二极管的外形
（5）双向二极管
双向二极管是一个二端器件，在满足一定条件时，等效于一个双向开关。当加在双向二极管两端的电压小于某一个值时，它呈断路状态；当加在双向二极管两端的电压大于该值时，它呈短路状态。这个电压值就称为转折电压。也就是说，当加在双向二极管两端的电压小于转折电压时，它相当于一个断开的开关，成断路状态；当加在双向二极管两端的电压大于转折电压时，它相当于一个闭合的开关，成短路状态。
双向二极管的转折电压值大致分为三个等级：20～60V、100～150V及200～250V。双向二极管主要用在触发电路中。当触发电平超过双向二极管的转折电压时，双向二极管就把该电路导通，相当于一个能自动根据所加电压自动导通或断开的开关。
一款小电流双向二极管的外形如图2.8所示。
图2.8 一款小电流双向二极管的外形
一款允许流过10A电流、转折电压为18V双向二极管的外形如图2.9所示。
图2.9 一款10A 18V双向二极管的外形
（6）发光二极管（LED）
发光二极管是一种光发射器件，能把电能直接转化成光能。它是由镓（Ga）、砷（AS）、磷（P）等元素的化合物制成。由这些材料构成的PN结在加上正向电压时，就会发出光来，光的颜色主要取决于制造所用的材料。如砷化镓发出红色光、磷化镓发出绿色光等。目前市场上发光二极管的颜色有红、橙、黄、绿、蓝五种，其外形有圆形、长方形等数种。图2.10是常用发光二极管的外形和符号。
图2.10 常用发光二极管的外形和符号
发光二极管的正向导通电压比普通二极管大，一般在1.7～2.4V，它的工作电流可取5～20mA。应用时，加上正向电压，并接入相应的限流电阻即可。发光二极管的发光强度基本上与电流大小成线性关系。
发光二极管具有体积小、用电省、工作电压低、抗冲击振动、寿命长、单色性好、响应速度快等优点，常用作微型计算机、电视机、音响设备、仪器仪表中的电源和信号的指示器，市场有各种型号的产品出售。最新生产的LED彩色电视机，就是采用发光二极管阵列作为显示器件。
发光二极管也可以组成字母、汉字和其他符号，用于广告显示；也可做成数字形状，用于显示数字。七段LED数码管就是用七个发光二极管组成一个发光显示单元，可以显示数字（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9）。将七个发光二极管的负极接在一起，就是共阴极数码管；将七个发光二极管的正极接在一起，就是共阳极数码管。
（7）光电二极管
光电二极管又称光敏二极管，是一种光接收器件，其PN结工作在反偏状态。如图2.11所示，是两款光电二极管的外形和电路符号。
图2.11 两款光电二极管的外形和电路符号
光电二极管的管壳上有一个玻璃窗口以便接受光照。当窗口受到光照时，就形成反向电流，通过接在回路中的电阻R就可获得电压信号，从而实现了光电转换。光电二极管作为光电器件，广泛应用于光的测量和光电自动控制系统。如光纤通信中的光接收机、电视机和家庭音响的遥控接收，都离不开光电二极管。
大面积的光电二极管可用来作为能源即光电池，是最有发展前途的绿色能源。近年来，科学家又研制成线性光电器件，统称为光耦，可以实现光与电的线性转换，在信号传送和图形图像处理领域有广泛的应用。
（8）激光二极管
激光（是英文Laser的意译）是由人造的激光器产生的，在自然界中尚未有发现。激光器分为固体激光器、气体激光器和半导体激光器。半导体激光器是所有激光器中效率最高、体积最小的一种，现在已投入使用的半导体激光器是砷化镓激光器，即激光二极管。激光二极管的应用非常广泛，计算机的光驱、激光唱机（即CD唱机）和激光影碟机（有LD、VCD和DVD影碟机）中都少不了它。激光二极管工作时，接正向电压，当PN结中通过一定的正向电流时，PN结发射出激光。如图2.12所示，是一款激光二极管的外形照片。
图2.12 一款激光二极管的外形照片
【新技术与新器件】
有机发光二极管
一般的发光二极管由无机半导体材料如镓、砷、磷等制成，工艺复杂，成本较高。另外，普通无机发光二极管为点光源，较难应用于大面积并需要高分辨率的组件，并且不可能做得很薄。
中科院长春应用化学研究所在2009年4月，利用类似于塑料的碳基有机材料制成了有机发光二极管，其生产工艺简单，成本较低，而且这种有机发光二极管是一种光源面积较大的面光源。
实验结果表明，这种有机发光二极管只需要单发光层，而不需要多个复杂的发光层，把单元有机发光二极管串联起来，就可以实现更高的工作效率。这种有机发光二极管在成本、发光模式等方面优势明显，在照明、显示器背光源等领域拥有良好的应用前景。
【动手做】
电子保健微光小夜灯
在原有台灯的基础上，加几个小元件，就可以制作一个电子保健微光小夜灯，其电路如图2.13所示。电阻R起降压限流作用，其规格为20kΩ/3W，将通过发光二极管（LED）的电流限制在20mA以内，保护二极管VD1采用1N4007即可，它的作用是为了防止220V交流电的负半周对发光二极管的电压冲击，以免发光二极管损坏。发光二极管采用四个发绿色光的普通发光二极管，因为绿色能让人安静和放松。开关K1用来控制发光二极管的亮灭，开关K2是原有台灯电路的开关。
图2.13 电子保健小夜灯电路图
电子保健小夜灯光线柔和，能产生类似月光的照明效果，创造出朦胧温馨的光照环境，有助于使人平心静气，安然入睡。炎夏之夜，该小夜灯还能给人以清静、凉爽的视觉感受。由于采用半导体发光元件，该灯功率只有0.3W，非常省电，并且经久耐用。
2.1.2 国产半导体二极管器件型号命名法
国产半导体器件型号由五部分组成，见表2.1。
表2.1 中国半导体二极管器件型号命名法
2.1.3 半导体二极管的检测
（1）用指针式万用表测试普通二极管的方法
普通二极管的外壳上均印有型号和标记。标记方法有箭头、色点和色环三种。箭头所指方向或靠近色环的一端为二极管的负极，有色点标志的一端为正极。若型号和标记脱落时，可用万用表的欧姆挡进行判别。主要原理是根据二极管的单向导电性，其反向电阻远远大于正向电阻。具体操作过程如下。
① 判别极性 将指针式万用表选在R×100或R×1k挡，两表笔分别接二极管的两个电极。若测出的电阻值较小（硅管为几百至几千欧，锗管为100Ω～1kΩ），说明是正向导通，此时黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的则是负极；若测出的电阻值较大（几十至几百千欧），为反向截止，此时红表笔接的是二极管的正极，黑表笔为负极。
② 检查好坏 可通过测量正、反向电阻来判断二极管的好坏。一般小功率硅二极管的正反向电阻为几千欧至几百千欧，锗管约为几百欧至几十千欧。
③ 判别材料 若不知被测的二极管是硅管还是锗管，可根据硅、锗管的导通压降不同来判别。将二极管接在电路中，当其导通时，用万用表测其正向压降，硅管一般为0.6～0.7V，锗管为0.1～0.3V。
也可以用数字万用表直接测量二极管的正向压降，数字显示的就是该二极管的正向导通电压，可以马上判断出该二极管的材料。
（2）用万用表测试稳压二极管的方法
① 极性判别 稳压二极管极性的判别方法与普通二极管极性判别的方法相同。
② 检查好坏 将万用表置于R×10k挡，黑表笔接稳压管的“-”极，红笔接“+”，若此时的反向电阻很小（与使用R×1k挡时的测试值相比较），说明该稳压管正常。因为万用表置于R×10k挡时，其电源电压是9V，可达到被测稳压管的击穿电压，稳压管的阻值比较小。
（3）用万用表测试双向二极管的方法
① 将万用表置于R×1k或R×10k挡，测量双向二极管的正反向电阻。因为一般双向二极管的转折电压值均在10V以上，所以测量一个正常双向二极管的正、反向电阻的阻值都应是无穷大。
② 外加电源测量法 给双向二极管外加一个能高于双向二极管转折电压的电源，一般小管子50V就够了。测量时，将万用表的电流挡串接在电路中，逐渐增加电源电压，当电流表的指针有较明显摆动时，就说明该双向二极管导通了，此时的电压就可认为是双向二极管的转折电压。
然后再改变电源的极性，可测出双向二极管另一方向的转折电压。两次转折电压值的差，即为转折电压偏差值ΔUB，双向二极管的转折电压偏差值ΔUB越小越好。
③ 使用兆欧表和万用表检测双向二极管 使用兆欧表的目的是由兆欧表提供一个击穿电压。将兆欧表和双向二极管并联，再将万用表置于直流电压挡也与双向二极管并联，慢慢加速摇动兆欧表，观察直流电压表指针的变化。当直流电压表的指示突然下降时，在下降前的直流电压值，即为双向二极管的转折电压值。然后调换双向二极管的电极，测出双向二极管的反向转折电压值，即可求出双向二极管的转折电压偏差值ΔUB。
技能与技巧
稳压二极管与普通二极管的区分
常用稳压二极管的外形与普通小功率整流二极管的外形基本相似。当其壳体上的型号标记清楚时，可根据型号加以鉴别。当其型号标志脱落时，可使用万用表电阻挡很准确地将稳压二极管与普通整流二极管区分开来。
具体方法是：首先利用万用表R×1k挡，按前述方法把被测管的正、负电极判断出来。然后将万用表拨至R×10k挡上，黑表笔接被测管的负极，红表笔接被测管的正极，若此时测得的反向电阻值比用R×1k挡测量的反向电阻小很多，说明被测管为稳压管；反之，如果测得的反向电阻值仍很大，说明该管为整流二极管或检波二极管。
这种判别方法的原理是：万用表R×1k挡内部使用的电池电压为1.5V，一般不会将被测管反向击穿，所以测得的电阻值就比较大。而用R×10k挡测量时，万用表内部电池的电压一般都是9V，当被测管为稳压管且稳压值低于电池电压值时，该稳压管即被反向击穿，所以测得的电阻值就比较小。但如果被测管是一般的整流管或检波管时，则无论用R×1k挡测量还是用R×10k挡测量，所得的阻值将不会相差很悬殊。
注意：当被测稳压二极管的稳压值高于万用表R×10k挡的电压值时，用这种方法是无法进行区分的。
【实用资料】
1N××××系列硅整流二极管和2CW系列稳压二极管的主要参数
① 1N××××系列二极管是近年来被广泛使用的电子元件，其主要参数如表2.2所示。
表2.2 1N××××系列硅整流二极管的主要参数
② 2CW××系列稳压二极管的主要参数如表2.3所示。
表2.3 2CW××系列稳压二极管的主要参数
