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2-任務2半導體二極管的識別與檢測
學習情境一 常用半導體器件的識別與檢測
任務二 半導體二極管的識別與檢測
一、 任務目的
1. 了解半導體二極管導電特性； 2. 了解半導體二極管的種類； 3．掌握半導體二極管的識別與檢測。 二、任務的要求及技術指標
1. 了解本征半導體與雜質半導體的區(qū)別； 2．掌握PN結的形成與單向導電性； 3. 了解半導體二極管的結構類型和型號。 4．掌握半導體二極管的識別與檢測。
三、半導體導電特性介紹
自然界的物質就其導電性能可分為導體、絕緣體、和半導體。 導體：導電性能良好的物質。如金、銀銅等。 絕緣體：幾乎不導電的物質。如陶瓷、橡膠、玻璃等。
半導體：導電性能介于導體和絕緣體之間的物質。如硅、鍺。 半導體一般分為本征半導體和雜質半導體兩種類型。 1．本征半導體
常用的半導體材料有硅（Si）和鍺(Ge) 。這種非常純凈的且原子排列整齊的半導體。 圖1-10所示分別為硅（鍺）的原子結構示意圖及硅（鍺）原子在晶體中的共價鍵排
圖1-10 共價鍵示意圖
列。
如果共價鍵中的價電子受熱激發(fā)獲得足夠能量，則可擺脫共價鍵的束縛而成為自由電子。這個電子原來所在的共價鍵的位置上就留下一個缺少負電荷的空位，這個空位稱為空穴。空穴帶正電。
2. 雜質半導體
本征半導體實際使用價值不大，但如果在本征半導體中摻入微量的某種雜質元素，就形成N型和P型半導體。 （1）N型半導體
在本征半導體（以硅為例）中摻入少量的5價元素，如磷（P）、砷（As）等。磷原子的最外層有5個價電子，其中4個價電子與相鄰硅原子的最外層價電子組成共價鍵形成穩(wěn)定結構，多余的電子很容易受激發(fā)成為自由電子。這種摻入5價元素的半導體稱為N型半導體，如圖1-11所示。N型半導體主要靠自由電子導電。
（2）P型半導體
在本征半導體（以硅為例）中摻入三價元素如硼（B），硼原子最外層的3個價電子工和相鄰的3個硅原子形成共價鍵后，就留下一下空穴，空穴數(shù)量增多，自由電子則相對很少，這種摻入3價元素的半導體稱為P型半導體，如圖1-12所示。
圖1-11 N型半導體原理圖
圖1-12 P型半導體原理圖
注意：不論是N型半導體還是P型半導體都是中性，對外不顯電性。
當P型半導體與N型半導體接觸以后，由于交界兩側半導體類型不同，存在電子和空穴的濃度差。這樣，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散，N區(qū)的電子向P區(qū)擴散。這樣，在P區(qū)和N區(qū)的接觸面就產生正、負離子層。這離子層就稱為PN結。如圖1-13所示。
3.PN結的特性
(1)PN結的正向導通特性
給PN結加正向電壓，即P區(qū)接正電源，N區(qū)接負電源，此時稱PN結為正向偏置，如圖1-14所示。
這時PN結外電場與內電場方向相反，外加電場抵消內電場使空間電荷區(qū)變薄，有利于多數(shù)載運動，形成正向電流，外加電場越強，正向電流越大，這意味PN結正向電阻變小。
圖1-13 PN結形成示意圖
1-14 PN結正向偏置示意圖 圖
(2)PN結的反向截止特性
圖1-15 PN結反向偏置示意圖
給PN結加反向電壓，即電源正極接N區(qū)，負極接P區(qū)，稱PN結反向偏置，如圖1-15所示。這時外加電場與內電場方向相同，使內電場的作用增強，PN結變厚，多數(shù)載流子運動難于進行，有助于少數(shù)載流子運動，所以電流很少，接近于零，即PN節(jié)反向電阻很大。
綜上所述：PN結具有單向導電性，正向偏置時，PN結導通，反向偏置時，PN結載止。
四、半導體二極管的結構、類型與符號介紹
一個PN結和加上相應的引出線，然后用塑料、玻璃或鐵皮等材料做外殼封裝就成為最簡單的二極管。二極管按所用材料不同分為鍺管和硅管。接在二極管P區(qū)引出線為陽極，接在N區(qū)引出線為陰極。如圖1-16所示。
圖1-16 二極管結構圖
圖1-17 二極管圖形符號及外觀
二極管有許多類型：從工藝上分為點接觸型和面接觸型；按用途分有整流管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管和開關二極管，二極管的外形也是多種多樣，如圖1-17。
五、二極管檢測
1.普通二極管的識別與檢測 （1）極性的判別
將萬用表置于R×100檔或R×1k檔，兩表筆分別接二極管的兩個電極，測出一個結果后，對調兩表筆，再測出一個結果。兩次測量的結果中，有一次測量出的阻值較大（為反向電阻），一次測量出的阻值較�。檎螂娮瑁�。在阻值較小的一次測量中，黑表筆接的是二極管的正極，紅表筆接的是二極管的負極。
（2）單向導電性能的檢測及好壞的判斷
通常，鍺材料二極管的正向電阻值為1kΩ左右，反向電阻值為300左右。硅材料二極管的電阻值為5 kΩ左右，反向電阻值為∞（無窮大）。正向電阻越小越好，反向電阻越大越好。正、反向電阻值相差越懸殊，說明二極管的單向導電特性越好。
若測得二極管的正、反向電阻值均接近0或阻值較小，則說明該二極管內部已擊穿短路或漏電損壞。若測得二極管的正、反向電阻值均為無窮大，則說明該二極管已開路損壞。
（3）反向擊穿電壓的檢測
二極管反向擊穿電壓（耐壓值）可以用晶體管直流參數(shù)測試表測量。其方法是：測量二極管時，應將測試表的“NPN/PNP”選擇鍵設置為NPN狀態(tài)，再將被測二極管的正極接測試表的“C”插孔內，負極插入測試表的“e”插孔，然后按下“V”鍵，測試表即可指示出二極管的反向擊穿電壓值。
也可用兆歐表和萬用表來測量二極管的反向擊穿電壓、測量時被測二極管的負極與兆歐表的正極相接，將二極管的正極與兆歐表的負極相連，同時用萬用表（置于合適的直流電壓檔）監(jiān)測二極管兩端的電壓。搖動兆歐表手柄（應由慢逐漸加快），待二極管兩端電壓穩(wěn)定而不再上升時，此電壓值即是二極管的反向擊穿電壓。
2、發(fā)光二極管的識別與檢測 （1）單色發(fā)光二極管的檢測 ①目測極性
判別紅外發(fā)光二極管的正、負電極。紅外發(fā)光二極管有兩個引腳，通常長引腳為正極，短引腳為負極。因紅外發(fā)光二極管呈透明狀，所以管殼內的電極清晰可見，內部電極較寬較大的一個為負極，而較窄且小的一個為正極。
②用指針式萬用表檢測極性
在萬用表外部附接一節(jié)1.5V干電池，將萬用表置R×10或R×100擋。這種接法就相當于給萬用表串接上了1.5V電壓，使檢測電壓增加至3V(發(fā)光二極管的開啟電壓為2V)。檢測時，用萬用表兩表筆輪換接觸發(fā)光二極管的兩管腳。若管子性能良好，必定有一次能正常發(fā)光，此時，黑表筆所接的為正極，紅表筆所接的為負極。
（2）紅外發(fā)光二極管的檢測
將萬用表置于R×1K擋，測量紅外發(fā)光二極管的正、反向電阻，通常，正向電阻應在30K左右，反向電阻要在500K以上，這樣的管子才可正常使用。要求反向電阻越大越好。
（3）紅外接收二極管的檢測 ① 識別管腳極性
目測（從外觀上識別）。常見的紅外接收二極管外觀顏色呈黑色。識別引腳時，面對受光窗口，從左至右，分別為正極和負極。另外，在紅外接收二極管的管體頂端有一個小斜切平面，通常帶有此斜切平面一端的引腳為負極，另一端為正極。
用萬用表檢測（指針式）。將萬用表置于R×1K擋，用來判別普通二極管正、負電極的方法進行檢查，即交換紅、黑表筆兩次測量管子兩引腳間的電阻值，正常時，所得阻值應為一大一小。以阻值較小的一次為準，紅表筆所接的管腳為負極，黑表筆所接的管腳為正極。
②檢測性能好壞
用萬用表電阻擋測量紅外接收二極管正、反向電阻，根據(jù)正、反向電阻值的大小，即可初步判定紅外接收二極管的好壞。
3、穩(wěn)壓二極管的識別與檢測 （1）判別穩(wěn)壓二極管的極性
目測（從外形上看）。金屬封裝穩(wěn)壓二極管管體的正極一端為平面形，負極一端為半圓面形。塑封穩(wěn)壓二極管管體上印有彩色標記的一端為負極，另一端為正極。
用萬用表檢測（指針式）。測量的方法與普通二極管相同，即用萬用表R×1k檔，將兩表筆分別接穩(wěn)壓二極管的兩個電極，測出一個結果后，再對調兩表筆進行測量。在兩次測量結果中，阻值較小那一次，黑表筆接的是穩(wěn)壓二極管的正極，紅表筆接的是穩(wěn)壓二極管的負極。
判別穩(wěn)壓二極管的好壞。若測得穩(wěn)壓二極管的正、反向電阻均很小或均為無窮大，則說明該二極管已擊穿或開路損壞。
（2） 穩(wěn)壓值的測量
好的穩(wěn)壓管還要有個準確的穩(wěn)壓值，業(yè)余條件下怎么估測出這個穩(wěn)壓值呢？不難，再去找一塊指針表來就可以了。方法是：先將一塊表置于R×10k檔，其黑、紅表筆分別接在穩(wěn)壓管的陰極和陽極，這時就模擬出穩(wěn)壓管的實際工作狀態(tài)，再取另一塊表置于電壓檔V×10V或V×50V（根據(jù)穩(wěn)壓值選量程）上，將紅、黑表筆分別搭接到剛才那塊表的的黑、紅表筆上，這時測出的電壓值就基本上是這個穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。說“基本上”，是因為第一塊表對
穩(wěn)壓管的偏置電流相對正常使用時的偏置電流稍小些，所以測出的穩(wěn)壓值會稍偏大一點，但基本相差不大。
這個方法只可估測穩(wěn)壓值小于指針表高壓電池電壓的穩(wěn)壓管。如果穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值太高，就只能用外加電源的方法來測量了（這樣看來，我們在選用指針表時，選用高壓電池電壓為15V的要比9V的更適用些）。
穩(wěn)壓二極管的外型與普通二極管相似，極性判斷方法與普通二極管相同。 穩(wěn)壓值的判斷：
1.5 k?
也可用低于1000V的兆歐表為穩(wěn)壓二極管提供測試電源。其方法是：將兆歐表正端與穩(wěn)壓二極管的負極相接，兆歐表的負端與穩(wěn)壓二極管的正極相接后，按規(guī)定勻速搖動兆歐表手柄，同時用萬用表監(jiān)測穩(wěn)壓二極管兩端電壓值（萬用表的電壓檔應視穩(wěn)定電壓值的大小而定），待萬用表的指示電壓指示穩(wěn)定時，此電壓值便是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值。
若測量穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值忽高忽低，則說明該二極管的性不穩(wěn)定。 （3）用指針式萬用表檢測 ①在 R ? 100或 R ? 1 k 擋測量
②正反向電阻各測量一次， 測量時手不要接觸引腳。
③一般硅管正向電阻為幾千歐，鍺管正向電阻為幾百歐；反向電阻為幾百千歐。正反向電阻相差不大為劣質管。
④正反向電阻都是無窮大或零則二極管內部斷路或短路。
圖1-18 穩(wěn)壓管檢測
圖1-19 用指針式萬用表檢測
4、用數(shù)字萬用表檢測二極管
將數(shù)字萬用表撥至“二極管、蜂嗚”擋，紅表筆對黑表筆有+2．8V的電壓，此時數(shù)字萬用表顯示的是所測二極管的壓降(單位為mv)。正常情況下，正向測量時壓降為300～700，反向測量時為溢出"1”。若正反測量均顯示“000”，說明二極管短路；正向測量顯示溢出“1”，說明二極管開路(某些硅堆正向壓降有可能顯示溢出)。另外，此法可用來辨別硅管和鍺管。若正向測量的壓降范圍為500～800，則所測二極管為硅管；若壓降范圍為150-300，則所測二極管為鍺管。
三極管各結通斷的判別，NPN和PNP的判斷，各極的判斷均能用此法來進行，而且很方便。
用數(shù)字式萬用表檢測：
圖1-20 用數(shù)字式萬用表檢測
任務工單
評分標準
任務二 半導體二極管識別與檢測考核要求與評價標準
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