課題六 半導(dǎo)體基本知識(shí)

課題六半導(dǎo)體基本知識(shí)學(xué)習(xí)情境1

了解半導(dǎo)體及PN結(jié)的

基本知識(shí)

一、半導(dǎo)體的基本特性

在自然界中存在著許多不同的物質(zhì)，根據(jù)其導(dǎo)電性能的不同大體可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類。

通常將很容易導(dǎo)電、電阻率小于10-4Ω·cm的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，如銅、鋁、銀等金屬材料；

將很難導(dǎo)電、電阻率大于1010Ω·cm的物質(zhì)稱為絕緣體，如塑料、橡膠、陶瓷等材料；

將導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間、電阻率在10-4～1010Ω·cm范圍內(nèi)的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。

常用的半導(dǎo)體材料是硅(Si)和鍺(Ge)。

用半導(dǎo)體材料制作電子元器件，不是因?yàn)樗膶?dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而是由于其導(dǎo)電能力會(huì)隨著溫度的變化、光照或摻入雜質(zhì)的多少發(fā)生顯著的變化，這就是半導(dǎo)體不同于導(dǎo)體的特殊性質(zhì)。

（一）熱敏性

（二）光敏性

（三）雜敏性二、本征半導(dǎo)體

原子由原子核和電子構(gòu)成，原子核由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子構(gòu)成，電子帶負(fù)電并圍繞原子核旋轉(zhuǎn)。電子以不同的距離在核外分層排布，距核越遠(yuǎn)，電子的能量越高，最外層的電子被稱為價(jià)電子，物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)就是由價(jià)電子的數(shù)目決定的。

由于現(xiàn)在所用的半導(dǎo)體材料仍然主要是硅和鍺，因此在這里只討論硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)，圖6-1所示是硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型。硅和鍺的外層電子都是4個(gè)，它們是四價(jià)元素。

隨著原子間的相互靠近，價(jià)電子相互作用并形成晶體。晶體的最終結(jié)構(gòu)是四面體，每個(gè)原子(硅或鍺)周圍都有4個(gè)臨近的(硅或鍺)原子，分布在兩個(gè)原子間的價(jià)電子構(gòu)成共價(jià)鍵，如圖6-2所示的硅和鍺四面體結(jié)構(gòu)。圖6-1

硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型

圖6-2

硅和鍺四面體結(jié)構(gòu)

硅和鍺四面體結(jié)構(gòu)一般用二維平面圖來(lái)表示，如圖6-3所示的硅和鍺晶體結(jié)構(gòu)平面。

在晶體結(jié)構(gòu)中，通過(guò)電子運(yùn)動(dòng)，每一半導(dǎo)體原子最外層的4個(gè)價(jià)電子與相鄰的4個(gè)半導(dǎo)體原子的各一個(gè)價(jià)電子組成4對(duì)共價(jià)鍵，并按規(guī)律排列，圖中的原子間每條線代表一個(gè)價(jià)電子。

本征半導(dǎo)體就是以上所說(shuō)的一種純凈的半導(dǎo)體晶體。在熱力學(xué)溫度T=0K(-273℃)無(wú)外部激發(fā)能量時(shí)，每個(gè)價(jià)電子都處于最低能態(tài)，價(jià)電子沒(méi)有能力脫離共價(jià)鍵的束縛，沒(méi)有能夠自由移動(dòng)的帶電粒子，這時(shí)的本征半導(dǎo)體被認(rèn)為是絕緣體。

當(dāng)價(jià)電子在外部能量(如溫度升高、光照)作用下，一部分價(jià)電子脫離共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，這一過(guò)程叫本征激發(fā)。

在外部能量的作用下，填補(bǔ)空穴的價(jià)電子做定向移動(dòng)也形成漂移電流。但這種價(jià)電子的填補(bǔ)運(yùn)動(dòng)是由于空穴的產(chǎn)生引起的，而且始終是在原子的共價(jià)鍵之間進(jìn)行的，它不同于自由電子在晶體中的自由運(yùn)動(dòng)。

同時(shí)，價(jià)電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)無(wú)論在形式上還是在效果上都相當(dāng)于空穴在與價(jià)電子運(yùn)動(dòng)相反的方向上運(yùn)動(dòng)。為了區(qū)分電子的這兩種不同的運(yùn)動(dòng)，把后一種運(yùn)動(dòng)叫做空穴運(yùn)動(dòng)，空穴被看做帶正電荷的帶電粒子，稱它為空穴載流子，如圖6-4所示半導(dǎo)體中的兩種載流子。

綜上所述，本征半導(dǎo)體中存在兩種載流子：帶負(fù)電荷的自由電子和帶正電荷的空穴。它們是成對(duì)出現(xiàn)的，也叫電子空穴對(duì)。由于兩者電荷量相等，極性相反，因此本征半導(dǎo)體是電中性的。

本征半導(dǎo)體在外界的作用下，電子形成電子電流，空穴形成空穴電流，雖然兩種載流子的運(yùn)動(dòng)方向相反，但因?yàn)樗鼈兯鶐У碾姾蓸O性也相反，所以，兩種電流的實(shí)際方向是相同的，它們的和就是半導(dǎo)體中的電流。圖6-3

硅和鍺晶體結(jié)構(gòu)平面

圖6-4

半導(dǎo)體中的兩種載流子三、雜質(zhì)半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體的電阻率比較大，載流子濃度又小，且對(duì)溫度變化敏感，因此它的用途很有限。在本征半導(dǎo)體中，人為地?fù)饺肷倭科渌兀ǚQ雜質(zhì)），可以使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的變化。利用這一特性，可以制成各種性能不同的半導(dǎo)體器件，這樣使得它的用途大大增加。

摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體叫雜質(zhì)半導(dǎo)體。根據(jù)摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，可分為兩種：電子型半導(dǎo)體和空穴型半導(dǎo)體。

載流子以電子為主的半導(dǎo)體叫電子型半導(dǎo)體，因?yàn)殡娮訋ж?fù)電，取英文單詞“負(fù)”（Negative）的第一個(gè)字母“N”，所以電子型半導(dǎo)體又稱為“N型半導(dǎo)體”。

載流子以空穴為主的半導(dǎo)體叫空穴型半導(dǎo)體，取英文單詞“正”（Positive）的第一個(gè)字母“P”，故空穴型半導(dǎo)體又稱為“P型半導(dǎo)體”。下面以硅材料為例進(jìn)行討論。

（一）N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入正五價(jià)元素（如磷、砷）使每一個(gè)五價(jià)元素取代一個(gè)四價(jià)元素在晶體中的位置，可以形成N型半導(dǎo)體。摻入的元素原子有5個(gè)價(jià)電子，其中4個(gè)與硅原子結(jié)合成共價(jià)鍵，余下的一個(gè)不在共價(jià)鍵之內(nèi)，摻入的五價(jià)元素原子對(duì)它的束縛力很小。因此只需較小的能量便可激發(fā)而成為自由電子。

由于摻入的五價(jià)元素原子很容易貢獻(xiàn)出一個(gè)自由電子，因此稱為“施主雜質(zhì)”。摻入的五價(jià)元素原子提供一個(gè)電子（成為自由電子）后，它本身因失去電子而成為正離子。

在上述情況下，半導(dǎo)體中除了大量的由摻入的五價(jià)元素原子提供的自由電子外，還存在由本征激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)，它們是少數(shù)載流子。

這種雜質(zhì)半導(dǎo)體以自由電子導(dǎo)電為主，因而稱為電子型半導(dǎo)體，或N型半導(dǎo)體。

在N型半導(dǎo)體中，由于自由電子是多數(shù)，因此N型半導(dǎo)體中的自由電子稱為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱“多子”），而空穴稱為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱“少子”）。

（二）P型半導(dǎo)體

當(dāng)本征半導(dǎo)體中摻入正三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼、鎵）時(shí)，三價(jià)元素原子為形成四對(duì)共價(jià)鍵使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，常吸引附近半導(dǎo)體原子的價(jià)電子，從而產(chǎn)生一個(gè)空穴和一個(gè)負(fù)離子，故這種雜質(zhì)半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是空穴，因?yàn)榭昭◣д姡苑Q為P型半導(dǎo)體，也稱為“空穴型半導(dǎo)體”。

除了多數(shù)載流子空穴外，還存在由本征激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對(duì)，可形成少數(shù)載流子自由電子。由于所摻入的雜質(zhì)元素原子易于接受相鄰的半導(dǎo)體原子的價(jià)電子成為負(fù)離子，故稱為“受主雜質(zhì)”。

在P型半導(dǎo)體中，由于空穴是多數(shù)，故P型半導(dǎo)體中的空穴稱為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱“多子”）而自由電子稱為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱“少子”）。四、PN結(jié)

如果將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體，而另一側(cè)摻雜成為N型半導(dǎo)體，則在二者的交界處將形成一個(gè)PN結(jié)。

（一）PN結(jié)的形成

在P型和N型半導(dǎo)體的交界面兩側(cè)，由于自由電子和空穴的濃度相差懸殊，因此N區(qū)中的多數(shù)載流子自由電子要向P區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)P區(qū)中的多數(shù)載流子空穴也要向N區(qū)擴(kuò)散，并且當(dāng)電子和空穴相遇時(shí)，將發(fā)生復(fù)合而消失，如圖6-5所示。圖6-5

PN結(jié)的形成

于是，在交界面兩側(cè)將分別形成不能移動(dòng)的正、負(fù)離子區(qū)，正、負(fù)離子處于晶格位置而不能移動(dòng)，所以稱為空間電荷區(qū)（也稱為內(nèi)電場(chǎng)）。由于空間電荷區(qū)內(nèi)的載流子數(shù)量極少，近似分析時(shí)可忽略不計(jì)，因此也稱其為耗盡層。

空間電荷區(qū)一側(cè)帶正電，另一側(cè)帶負(fù)電，所以形成了內(nèi)電場(chǎng)Ein，其方向由N區(qū)指向P區(qū)。在內(nèi)電場(chǎng)Ein的作用下，P區(qū)和N區(qū)中的少子會(huì)向?qū)Ψ狡疲瑫r(shí)內(nèi)電場(chǎng)將阻止多子向?qū)Ψ綌U(kuò)散，當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)量與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)量相等，兩種運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的時(shí)候，空間電荷區(qū)的寬度一定，PN結(jié)就形成了。

一般來(lái)說(shuō)，空間電荷區(qū)的寬度很薄，約為幾微米至幾十微米；由于空間電荷區(qū)內(nèi)幾乎沒(méi)有載流子，其電阻率很高。

（二）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

在PN結(jié)的兩端引出電極，P區(qū)的一端稱為陽(yáng)極，N區(qū)的一端稱為陰極。在PN結(jié)的兩端外加不同極性的電壓時(shí)，PN結(jié)表現(xiàn)出截然不同的導(dǎo)電性能，稱為PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?/p>

1.在外加正向電壓時(shí)PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)

當(dāng)外加電壓使PN結(jié)的陽(yáng)極電位高于陰極時(shí)，稱PN結(jié)外加正向電壓或PN結(jié)正向偏置（簡(jiǎn)稱“正偏”），如圖6-6所示。

圖中實(shí)心點(diǎn)代表電子，空心圈代表空穴。此時(shí)，外加電場(chǎng)Eout與內(nèi)電場(chǎng)Ein的方向相反，其作用是增強(qiáng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而削弱漂移運(yùn)動(dòng)。

所以，外電場(chǎng)驅(qū)使P區(qū)的多子進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷，也使N區(qū)的多子電子進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分正空間電荷，其結(jié)果是使空間電荷區(qū)變窄，PN結(jié)呈現(xiàn)低電阻（一般為幾百歐姆）；同時(shí)由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占主導(dǎo)，形成較大的正向電流（mA級(jí)），此時(shí)PN結(jié)導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的閉合狀態(tài)。

由于PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)，其電位差只有零點(diǎn)幾伏，且呈現(xiàn)低電阻，因此應(yīng)該在其所在回路中串聯(lián)一個(gè)限流電阻，以防止PN結(jié)因過(guò)流而損壞。圖6-6

PN結(jié)加正向偏置導(dǎo)通時(shí)的情況

2.在外加反向電壓時(shí)PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)

當(dāng)外加電壓使PN結(jié)的陽(yáng)極電位低于陰極時(shí)，稱PN結(jié)外加反向電壓或PN結(jié)反向偏置（簡(jiǎn)稱“反偏”），如圖6-7所示。

此時(shí)，外加電場(chǎng)Eout與內(nèi)電場(chǎng)Ein的方向一致，并與內(nèi)電場(chǎng)一起阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而促進(jìn)漂移運(yùn)動(dòng)。其結(jié)果是使空間電荷區(qū)變寬。PN結(jié)呈現(xiàn)高電阻（一般為幾千歐姆至幾百千歐姆）。

同時(shí)由于漂移運(yùn)動(dòng)占主導(dǎo)，而少子由本征激發(fā)產(chǎn)生，數(shù)量極少，因此由少子形成的反向電流很?。é藺級(jí)），近似分析時(shí)可忽略不計(jì)。

此時(shí)PN結(jié)截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)。

在一定溫度下，當(dāng)外加反向電壓超過(guò)某個(gè)值（大約零點(diǎn)幾伏）后，反向電流將不再隨外加反向電壓的增加而增大，所以又稱其為反向飽和電流Is。

由上可知，PN結(jié)正偏時(shí)，正向電阻很小，正向電流較大，呈導(dǎo)通狀態(tài)；PN結(jié)反偏時(shí)，反向電阻很大，反向電流非常小，呈截止?fàn)顟B(tài)。這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，它是一些二極管應(yīng)用電路的基礎(chǔ)。

需要指出的是，當(dāng)反向電壓超過(guò)一定數(shù)值后，反向電流將急劇增加，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿，此時(shí)PN結(jié)的單向?qū)щ娦员黄茐?。圖6-7

PN結(jié)加反向偏置截止時(shí)的情況學(xué)習(xí)情境2

了解半導(dǎo)體二極管的基本知識(shí)

在一個(gè)PN結(jié)的兩端加上電極引線并用外殼封裝起來(lái)，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管。由P型半導(dǎo)體引出的電極，叫做正極(或陽(yáng)極)，由N型半導(dǎo)體引出的電極，叫做負(fù)極(或陰極)。通常用如圖6-8（c）所示的符號(hào)表示。

按照結(jié)構(gòu)工藝的不同，二極管有點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。它們的管芯結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖6-8所示。

圖6-8

二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)(a)點(diǎn)接觸型；(b)面接觸型；(c)符號(hào)

點(diǎn)接觸型二極管(一般為鍺管)的PN結(jié)結(jié)面積很小(結(jié)電容小)，工作頻率高，適用于高頻電路和開(kāi)關(guān)電路；面接觸型二極管(一般為硅管)的PN結(jié)結(jié)面積大(結(jié)電容大)，工作頻率較低，適用于大功率整流等低頻電路中。

半導(dǎo)體二極管的種類和型號(hào)很多，可以用不同的符號(hào)來(lái)代表它們，如2AP9，其中“2”表示二極管，“A”表示采用N型鍺材料為基片，“P”表示普通用途管(P為漢語(yǔ)拼音字頭)，“9”為產(chǎn)品性能序號(hào)；又如2CZ8，其中“C”表示由N型硅材料作為基片，“Z”表示整流管。一、二極管的伏安特性

二極管既然是一個(gè)PN結(jié)，它必然具有單向?qū)щ娦?。其伏安特性曲線如圖6-9所示。所謂伏安特性，就是指加到二極管兩端的電壓與流過(guò)二極管的電流的關(guān)系曲線。二極管的伏安特性曲線可分為正向特性和反向特性兩部分。

（一）正向特性

當(dāng)二極管加上很低的正向電壓時(shí)，外電場(chǎng)還不能克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所形成的阻力，故正向電流很小，二極管呈現(xiàn)很大的電阻。當(dāng)正向電壓超過(guò)一定數(shù)值即死區(qū)電壓后，內(nèi)電場(chǎng)被大大削弱，電流增長(zhǎng)很快，二極管電阻變得很小。

死區(qū)電壓又稱“閾值電壓”，硅管約為0.6～0.7V，鍺管約為0.2～0.3V。二極管正向?qū)〞r(shí)，硅管的壓降一般為0.6～0.7V，鍺管則為0.2～0.3V。圖6-9

二極管的伏安特性曲線(a)2CP10硅二極管；(b)2AP鍺二極管

（二）反向特性

二極管加上反向電壓時(shí)，由于少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，因此形成很小的反向電流。反向電流有兩個(gè)特性，一是它隨溫度的上升增長(zhǎng)很快；二是在反向電壓不超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流不隨反向電壓改變而改變，故這個(gè)電流稱為反向飽和電流。

當(dāng)外加反向電壓過(guò)高時(shí)，反向電流將突然增大，二極管失去單向?qū)щ娦裕@種現(xiàn)象稱為電擊穿。二極管被擊穿后，一般不能恢復(fù)原來(lái)的性能。產(chǎn)生擊穿時(shí)加在二極管上的反向電壓稱為反向擊穿電壓U（BR）。二、二極管的主要參數(shù)

二極管的特性除用伏安特性曲線表示外，還可用一些數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明，這些數(shù)據(jù)就是二極管的參數(shù)。各種參數(shù)都可從半導(dǎo)體器件手冊(cè)中查出，下面只介紹幾個(gè)常用的主要參數(shù)。

（一）最大整流電流IF

最大整流電流是指二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。當(dāng)電流超過(guò)這個(gè)允許值時(shí)，二極管會(huì)因過(guò)熱而燒壞，使用時(shí)務(wù)必注意。

（二）反向峰值電壓URM

保證二極管不被擊穿而得出的反向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓的一半或三分

之二。

（三）反向峰值電流IRM

反向峰值電流是指在二極管上加反向峰值電壓時(shí)的反向電流值。反向電流大，說(shuō)明單向?qū)щ娦阅懿?，并且受溫度的影響大。學(xué)習(xí)情境3

掌握二極管基本電路及其應(yīng)用

在進(jìn)行電路分析時(shí)，一般可將二極管視為理想元件，即認(rèn)為其正向電阻為零，正向?qū)〞r(shí)為短路特性，正向壓降忽略不計(jì)；反向電阻為無(wú)窮大，反向截止時(shí)為開(kāi)路特性，反向漏電流忽略不計(jì)。

二極管的應(yīng)用范圍很廣，主要都是利用它的單向?qū)щ娦?。它可用于鉗位、限幅、整流、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、元件保護(hù)等，也可在脈沖與數(shù)字電路中作為開(kāi)關(guān)元件等。一、整流應(yīng)用

利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢园汛笮『头较蚨甲兓恼医涣麟娮優(yōu)閱蜗蛎}動(dòng)的直流電，如圖6-10所示。這種方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，在日常生活及電子電路中經(jīng)常采用。根據(jù)這個(gè)原理，還可以構(gòu)成整流效果更好的單相全波、單相橋式等整流電路。圖6-10

二極管的整流應(yīng)用(a)二極管整流電路；(b)輸入與輸出波形二、鉗位應(yīng)用

利用二極管的單向?qū)щ娦栽陔娐分锌梢云鸬姐Q位的作用。

例6-1

在如圖6-11所示的電路中，已知輸入端A的電位UA=3V，B的電位UB=0V，電阻R接-12V電源，求輸出端F的電位UF。圖6-11

例6-1圖

解：因?yàn)閁A>UB，所以二極管D1優(yōu)先導(dǎo)通，設(shè)二極管為理想元件，則輸出端F的電位為UF=UA=3V。當(dāng)D1導(dǎo)通后，D2上加的是反向電壓，D2因而截止。在這里，二極管D1起鉗位作用，把F端的電位鉗位在3V；D2起隔離作用，把輸入端B和輸出端F隔離開(kāi)來(lái)。三、限幅應(yīng)用

利用二極管的單向?qū)щ娦?，將輸入電壓限定在要求的范圍之?nèi)，叫做限幅。

例6-2

在如圖6-12（a）所示的電路中，已知輸入電壓ui=10sinωtV，電源電動(dòng)勢(shì)E=5V，二極管為理想元件，試畫(huà)出輸出電壓Uo的波形。

解：根據(jù)二極管的單向?qū)щ娞匦钥芍?，?dāng)ui≤5V時(shí)，二極管D截止，相當(dāng)于開(kāi)路，因電阻R中無(wú)電流流過(guò)，故輸出電壓與輸入電壓相等，即ui=uo；當(dāng)ui>5V時(shí)，二極管D導(dǎo)通，相當(dāng)于短路，故輸出電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)，即uo=E=5V。

所以，在輸出電壓Uo的波形中，5V以上的波形均被削去，輸出電壓被限制在5V以內(nèi)，波形如圖6-12（b）所示。在這里，二極管起限幅作用。圖6-12

例6-2圖(a)電路；(b)輸入與輸出電壓波形四、穩(wěn)壓應(yīng)用和開(kāi)關(guān)應(yīng)用

（一）穩(wěn)壓應(yīng)用

在需要不高的穩(wěn)定電壓輸出時(shí)，可以利用幾個(gè)二極管的正向壓降串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。還有一種穩(wěn)壓二極管，可以專門用來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓輸出。穩(wěn)壓二極管不同的系列用以實(shí)現(xiàn)不同的穩(wěn)定電壓輸出。

（二）開(kāi)關(guān)應(yīng)用

在數(shù)字電路中經(jīng)常將半導(dǎo)體二極管作為開(kāi)關(guān)元件來(lái)使用，因?yàn)槎O管只有單向?qū)щ娦裕梢韵喈?dāng)于一個(gè)受外加偏置電壓控制的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。

如圖6-13所示，為監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組工作的某種儀表的部分電路。其中us是需要定期通過(guò)二極管D加入記憶電路的信號(hào)，ui為控制信號(hào)。

當(dāng)控制信號(hào)ui=10V時(shí)，D的負(fù)極電位被抬高，二極管截止，相當(dāng)于“開(kāi)關(guān)斷開(kāi)”，us不能通過(guò)D。

當(dāng)ui=0V時(shí)，D正偏導(dǎo)通，us可以通過(guò)D加入記憶電路。

此時(shí)二極管相當(dāng)于“開(kāi)關(guān)閉合”情況。這樣，二極管D就在信號(hào)ui的控制下，實(shí)現(xiàn)了接通或關(guān)斷us信號(hào)的作用。圖6-13

二極管的開(kāi)關(guān)應(yīng)用

五、二極管的極性判別與性能測(cè)試

（一）二極管的極性判別

有的二極管從外殼的形狀上可以區(qū)分電極；有的二極管的極性用二極管符號(hào)印在外殼上，箭頭指向的一端為負(fù)極；還有的二極管用色環(huán)或色點(diǎn)來(lái)標(biāo)志(靠近色環(huán)的一端是負(fù)極，有色點(diǎn)的一端是正極)。若標(biāo)志脫落，可用萬(wàn)用表測(cè)其正反向電阻值來(lái)確定二極管的電極。

測(cè)量時(shí)把萬(wàn)用表置于R×100檔或R×1k檔，不可用R×1檔或R×10k檔，前者電流太大，后者電壓太高，有可能對(duì)二極管造成不利的影響。用萬(wàn)用表的黑表筆和紅表筆分別與二極管兩極相連。對(duì)于指針式萬(wàn)用表，當(dāng)測(cè)得電阻較小時(shí)，與黑表筆相接的極為二極管正極；測(cè)得電阻很大時(shí)，與紅表筆相接的極為二極管正極。

對(duì)于數(shù)字萬(wàn)用表，由于表內(nèi)電池極性相反，數(shù)字表的紅表筆為表內(nèi)電池正極，實(shí)際測(cè)量中必須要注意。對(duì)于數(shù)字萬(wàn)用表，還可以用專門的二極管檔來(lái)測(cè)量，當(dāng)二極管被正向偏置時(shí)，顯示屏上將顯示二極管的正向?qū)▔航?，單位是毫伏?/p>

（二）性能測(cè)試

二極管正、反向電阻的測(cè)量值相差越大越好，一般二極管的正向電阻測(cè)量值為幾百歐姆，反向電阻為幾十千歐姆到幾百千歐姆。如果測(cè)得正、反向電阻均為無(wú)窮大，說(shuō)明內(nèi)部斷路；若測(cè)量值均為零，則說(shuō)明內(nèi)部短路；如測(cè)得正、反向電阻幾乎一樣大，這樣的二極管已經(jīng)失去單向?qū)щ娦?，沒(méi)有使用價(jià)值了。

一般來(lái)說(shuō)，硅二極管的正向電阻在幾百到幾千歐姆，鍺管小于1kΩ，因此，如果正向電阻較小，基本上可以認(rèn)為是鍺管。

若要更準(zhǔn)確地知道二極管的材料，可將管子接入正偏電路中測(cè)其導(dǎo)通壓降：若壓降在0.6～0.7V左右，則是硅管；若壓降在0.2～0.3V左右，則是鍺管。利用數(shù)字萬(wàn)用表的二極管檔，也可以很方便地知道二極管的材料。學(xué)習(xí)情境4

了解特殊二極管的基本知識(shí)

除了上述普通二極管外，還有一些特殊二極管，如穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管和光電二極管等，對(duì)它們僅做簡(jiǎn)單的介紹。一、穩(wěn)壓二極管

（一）穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓作用

穩(wěn)壓二極管是一種特殊的硅二極管，由于它在電路中與適當(dāng)數(shù)值的電阻配合后能起穩(wěn)定電壓的作用，因此稱為穩(wěn)壓二級(jí)管。穩(wěn)壓二級(jí)管的伏安特性曲線與普通二極管的類似，如圖6-14（a）所示，其差異是穩(wěn)壓二級(jí)管的反向