第三节　二极管

1．小功率开关二极管

二极管在电子电路中有着广泛的应用，它是由导电能力介于导体和绝缘体之间的物质制成的器件，故而称之为半导体二极管。半导体二极管由1个PN结构成，具有单向导电的特性。二极管型号、参数、外形同样有很多种，按材料的不同，可分为硅管和锗管，硅管自身压降大一些，锗管压降小一些。按结构可分为点接触型和面接触型，点接触型的二极管，PN结的结面积小，结电容小，可通过的电流小，一般用于小功率和高频电路，而面接触型PN结的结面积较大，允许通过的电流大，但结电容也大，适用于大电流电路及低频电路。按用途分，二极管可分为整流管、稳压管、开关管等。本书电路实验中仅涉及到1个规格的开关二极管，型号为1N4148，外观如图1-3-1所示，电路图形符号如图1-3-2所示，用字母VD来表示。

1N4148是一种玻璃封装的小功率普通开关二极管，主要参数为正向最大工作电流75mA，正向压降0.7V左右，反向峰值耐压100V。它有2个引脚，在管身的一端印有黑色圆环，表明该端引脚是负极，另一端自然就是正极了。1N4148适用于小信号或小功率电路，在本书实验中主要用于继电器续流、隔离、整流等用途。

需要说明一点的是，1N4148中的“1N”是源于国外的一种二极管表示方法，意为1个PN节，“4148”早前也是国外的一种型号，目前国内元器件厂家普遍开始向国际标准靠拢，因此很多国内元器件厂家生产的元件也同样标有“1N4148”字样，或者不采用“1N”，而是采用元件厂家自己的字母代号作为前缀标识，但后面的“4148”则不变，因此，在采购元件的时候，相同外形封装的二极管管身上印有“4148”，而前缀是其他字母标识的，也是指同样一个型号的管子，只是生产厂家不同而已。1N4148的体积很小，上面印的型号的字号也很小，需要仔细辨认，必要时可用放大镜查看。

1N4148开关二极管的测量建议使用数字万用表二极管挡，红表笔接二极管正极，黑表笔接负极，则数字万用表显示被测二极管导通电压，大约0.6～0.7V左右，也就是显示600～700的数字。对调表笔再次测量，无数值显示，则表明被测二极管正常。如图1-3-3所示。

2．变容二极管

二极管的PN结存在电容，当二极管两端加正向偏置电压时，由于外加电场与结电场方向相反，相当于电荷储存在PN结，当二极管两端加反向偏置电压时，由于外加电场与结电场方向相同，相当于PN结放出电荷，由此二极管的PN结等效于一个电容，这个电容称为结电容。变容二极管就是根据电压变化而改变结电容的半导体器件，主要应用于调谐器电路和调制电路中。在本书中“例22晶振稳频无线话筒电路”中使用了FV1043变容二极管来实现调制功能。

本书中所使用的变容二极管型号是FV1043，外观如图1-3-4所示，在本书中的原理图符号如图1-3-5所示。

FV1043是玻璃外壳封装，与前面介绍的1N4148外观一样。它是利用PN结电容与反向偏置电压的关系制成的二极管。假如给变容二极管加载正向偏置电压，将有较大电流通过，电容变大，产生扩散电容效应。如加载反向偏置电压，则产生过度电容效应。由于在正向偏置电压时会有漏电流产生，因此变容二极管一般都是工作在反向偏置电压下。

当变容二极管PN结上接有反向偏置电压时，随着反向电压增大，二极管的电容量减少，而反向电压减少，二极管的电容量增大，从而实现利用电压控制电容量的目的。在例22的晶振稳频无线话筒的制作电路中，使用了FV1043变容二极管作为FM的信号调制。

FV1043的检测方法可参考前面的图1-3-3中的1N4148的检测方法。

3．检波二极管

检波二极管的作用是利用其单向导电的特性，将高频载波信号中的低频信号提取出来，广泛应用于接收电路当中。检波二极管具有工作频率高、正向压降小、结电容小等特点。本书例23的简易场强仪的实验电路中应用了1N60型的检波二极管，外观如图1-3-6所示。

检波也可以理解为解调，对于调幅波，解调是从振幅变化中提取调制信号的过程。对于调频波，解调是从频率变化中提取调制信号的过程。检波二极管的工作原理是利用二极管的单向导电性，使只有高于0.7V的信号部分通过二极管，在二极管输出端连接一个小容量电容，将二极管输出的高频信号对地短路，从而滤除了高频部分，仅保留所需要的低频信号。虽然检波和整流的原理是相似的，但整流的目的是得到直流电，而检波则是从调制波中取出低频信号部分，更多的是应用于高频电路，并且要求二极管的结电容要小。

检波二极管的检测方法同样可以参照图1-3-3中的1N4148的检测方法。

4．发光二极管

发光二极管简称LED，也是二极管中的一种，其规格、颜色有很多种，图1-3-7所示的是本书实验中所使用的LED，在本书中所使用的电路图形符号如图1-3-8所示。

发光二极管是能直接把电能转换成光能的发光显示器件，发光二极管有1个PN结，当在其两端加上适当的电压时，就能发光。使用不同的材料，就能制造出不同颜色的发光二极管。我们实验主要涉及使用红色、黄色和绿色的发光二极管，这三种颜色的发光二极管性能稳定，通用性较强。除此之外，市场上还有蓝色、白色、七彩自闪烁等多种颜色的发光二极管可供选择。

我们实验所用的发光二极管采用的是ϕ5mm，当然如果换用ϕ3mm的也是没有问题的。不同颜色的发光二极管的正向工作电压也有所不同，可参考表1-3-1所示，这些也是需要我们了解的。

表1-3-1所列的电压值并不是固定不变的，随各厂家生产材料和工艺不同，会有所变化。在我们的实验中，发光二极管都必须串联限流电阻来使用，不能直接接在电源上，那样将会很快烧毁。发光二极管的正向工作电流在2～20mA时都能点亮，亮度会随电流增大而增大。建议在实验时，正向工作电流最好控制在5～10mA左右，电流过大，亮度增加有限，但管子的安全寿命会受到显著影响。选择适当的限流电阻，可以将工作电流控制在适合的范围内。从图1-3-7中可以看出，新的发光二极管有两个引脚，其中长引脚的是正极，短引脚的是负极。很多发光二极管的管身外圆上有一小段直线，该直线所在的引脚也表示为负极。由于发光二极管的封装多是半透明的，因此以前也有部分资料介绍，通过直接观察管芯内部的形状来判断发光二极管的正负极，小片的是正极，大片的是负极。但实践证明，这样的判断方法不一定准确，有些厂家生产的管子的正、负极与上面说的刚好相反，从而导致装配错误，因此这样的判断方法并不十分可靠。

发光二极管的检测，可以使用数字万用表的二极管挡测量，红表笔接发光二极管正极，黑表笔接负极，正常时发光二极管能被点亮，只是亮度较低，有时只是微微发亮，但可以证明发光二极管是完好的。如图1-3-9所示。

也有资料介绍使用纽扣电池来直接测量发光二极管，如图1-3-10所示。纽扣电池由于容量小、内阻大、输出电流小，直接驱动LED一般不会导致发光二极管烧毁，但要注意，纽扣电池需使用3V的，测量时一定要正确区分电池极性，不反接，测量时间要短，否则一样有损坏发光二极管的可能。

5．红外发射二极管

红外线同无线电波一样，都属于电磁波的范畴。人眼能看到的光就是可见光，按照波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。由于人眼对红外线并没有感觉，因此并不能直接观察到红外线。在我们日常使用的家电中，如电视机、空调器等，都在广泛的使用红外线遥控器，它就是以红外线为载体来实现调制信号的传送。

红外发射二极管，可以把振荡器产生的电脉冲信号转换为红外辐射的脉冲，有点类似前面介绍的发光二极管，只不过它的输出在肉眼可见光之外，进入红外光线范围。我们实验所使用的红外发射二极管如图1-3-11所示，它的直径为ϕ5mm，属于小功率发射管，长引脚是正极。一般工作在正向偏置状态下，工作电流要控制在20mA以下，回路中一般要串接限流电阻使用。图1-3-12红外发射二极管电路图形符号。

6．红外接收二极管

红外接收二极管也是一种光敏二极管，它具有的频谱响应可以与红外发射二极管输出波长相适应，广泛应用在遥控接收系统上。在电路中红外接收二极管要工作在反向偏置状态下，才能获得较高的灵敏度。在没有接收到信号时，红外接收二极管处于截止状态。当收到红外线信号时，它内部的PN结受到光子的轰击，在反向电压的作用下，反向饱和漏电流大幅增加，从而形成了光电流，该光电流随入射的红外线光强的变化而变化。光电流在通过负载电阻时，在电阻两端形成随入射红外线光强变化而变化的电压信号，最终完成了光-电的转化。我们实验所使用的红外接收二极管如图1-3-13所示，它的长引脚是正极，外观颜色多为深色，可减小外界其他光线的干扰。图1-3-14是红外接收二极管电路图形符号。

7．七彩自闪烁发光二极管

随着元器件制造技术的不断提高，各种新型的LED层出不穷，七彩自闪烁发光二极管就是其中之一。图1-3-15是本书实验中所使用的ϕ5mm七彩自闪烁发光二极管。

从照片中可以看出，七彩的自闪烁发光二极管与其他普通发光二极管在外观上一样。在管子内部集成了红、绿、蓝三种颜色的发光二极管，同时还集成了一个小控制电路，控制这三种颜色的发光二极管依次点亮、同时点亮两种颜色、同时点亮三种颜色等多种形式，从而呈现出五光十色的闪烁效果，但体积并没有因为这些功能的增加而增加。七彩发光二极管的工作电压一般在3V左右，同样需要串接限流电阻使用。当多只七彩发光二极管同时工作时，就能营造出五彩斑斓的显示效果。