1.晶体二极管的结构和特性。 晶体二极管简称二极管,它和晶体三极管一样都是由半导体材料制成的。半导体是指导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质、常用的半导体材料有硅和锗。 半导体材料按导电类型不同,分成P型半导体和N型半导体两类。当把P型半导体和N型半导体结合在一起时,两种半导体之间就会形成一个交界层,称为PN结。简单地说,把一个带有引线的PN结封装在玻璃管、塑料体或金属的外壳里,就构成了二极管。两个半导体层向外导电,由P区引出的电极称为阳极或正极,由N区引出的电极称为阴极或负极。二极管结构及电路符号如图1-60所示。 二极管的基本特性是单向导电性。把电池、小灯泡、二极管串联起来,连成图1-61所示的电路。在图1-61(a)中、电池正极接在二极管正极上,电池负极通过小灯泡接在二极管的负极上。闭合开关,这时二极管加的是正向电压,小灯泡发光。在图1-61(b)中,二极管正、负极引线倒换过来,闭合开关,二极管加的是反向电压,小灯泡就不能发光。二极管加上正向电压时电阻很小,能良好导通,加上反向电压时电阻很大,接近开路截止,这就是它的单向导电性。这个特性也可以理解为在电路中,二极管只允许电流从其正极流向负极,不允许反向流通。
2.二极管的种类及运用。
二极管按制造材料可分为硅二极管(Si管)、锗二极管(Ge管);按用途的不同可分为整流二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、检波二极管、光电二极管、隔离二极管、肖特基二极管等;按结构的不同可分为点接触型二极管、面接触型二极管和平面型二极管。
各种类型的二极管如图1-62所示。
(1)整流二极管：是利用二极管的单向导通特性,将交流电转变为直流电的半导体器件。整流电路有半波整流、全波整流、桥式整流。
汽车发电机上的整流器就是使用整流二极管组成的桥式整流电路,将发电机产生的交流电转换成可供汽车电器使用的直流电,如图1-63所示。
(2)稳压二极管：是一种特殊的面接触型半导体硅二极管,它在电路中与适当电阻配合后能起到稳定电压的作用,故称稳压管(也称齐纳二极管)稳压管反向电压在一定范围内变化时,反向电流很小,当反向电压增高到击穿电压时,反向电流突然猛增,稳压管从而反向击穿,此后,电流虽然在很大范围内变化;但稳压管两端电压的变化却相当小,利用这一特性,稳压管就在电路中起到稳压的作用了。需注意的是,稳压二极管是加反向偏压的。稳压二极管的电路符号如图1-64所示。
在汽车电路中由于各个电器总成或元件工作电流比较大,使汽车电源系统的电压会出现波动,因此,在一些需要精确电压值的地方经常利用稳压管来获取所需电压。图1-65所示是利用稳压管为汽车仪表提供稳定电源的电路,图中的稳压管与电阻串联而与仪表并联。当电源电压发生变化，也只是引起不同大小的电流流过电阻和稳压管,改变降落在电阻上的电压,而稳压管始终维持一定的电压,从而起到稳压的作用。
(3)瞬态抑制二极管：又称瞬态二极管(TVS),是一种高效能的保护器件。它通常反向并联在直流电路中的电源(信号)和地之间,一旦电源(信号)线上突然出现瞬间高压,瞬态二极管导通,将高压直接泄放掉,以免瞬时高压串进电路损坏其他元件。
瞬态二极管在汽车电子电路中随处可见,它一般并联在继电器、线圈等旁边起保护作用。图1-66所示为瞬态二极管实物及其运用电路。当继电器线圈正在通电时,二极管是反向偏置的,阻止了电流通过二极管,电流以正常方向通过线圈,继电器正常工作,如图1-67(a)所示。当继电器线圈断电时,就会在线圈中产生一个反向电动势,这个反向电动势正向偏置瞬态二极管,二极管导通，将高压直接泄放掉,如图1-67(b)所示。在这种电路中,二极管起到了对其他电子元件的保护作用,所以也称为保护二极管。
(4)发光二极管：发光二极管(LED)与普通二极管一样,由一个PN结组成,也具有单向导电性。另外,发光二极管还可以将电能转化为光能。给发光二极管外加正向电压时,它处于导通状态，当正向电流流过管芯时,发光二极管就会发光,将电能转化成光能。常见的发光二极管发光颜色有红色、黄色、绿色、蓝色等。发光二极管电路符号、内部结构及实物如图1-68所示。
在汽车电路中发光二极管随处可见,主要应用在仪表板上作为指示信号灯或报警信号灯。例如，燃油量过少、防抱死制动系统失效、制动蹄片过薄、制动灯烧坏、轮胎压力过低等,这时相应的发光二极管就会被接通发光,发出报警指示,如图1-69所示。
LED还用于一些开关的指示信号灯,如自动变速器挡位指示灯(图1-70)、前照灯光束高度调整开关指示灯(图1-71)。
目前LED已经广泛地应用在汽车灯光系统上,如车外的日间行车灯、尾灯、转向灯、高位制动灯(图1-72)及车内的照明灯等。
(5)光电二极管：又称为光敏二极管,它是一种将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结,和普通二极管相比,在结构上不同的是,光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射,实现光电转换。光电二极管的电路符号、结构及实物如图1-73所示。
光电二极管是在反向电压作用下工作的。
工作时加反向电压,没有光照时,其反向电阻很大,只有很微弱的反向饱和电流(暗电流)。当有光照时,就会产生很大的反向电流（亮电流），光照越强,亮电流越大。
利用光电二极管制成光电传感器,可以把非电信号转变为电信号,以便控制其他电子元器件。汽车上的许多传感器就是用光电二极管制成的,如汽车自动空调系统的日照强度传感器,汽车点火系统中的光电式曲轴位置传感器,以及灯光自动控制器中用来检测车辆周围亮、暗程度的光传感器等。
图1-74所示为上海大众朗逸自动空调系统阳光照射光电传感器电路图。日照强度传感器可以把太阳的照射情况转换成电流的变化,车内自动空调计算机对这种变化进行检测,来调节排风量和排风口温度。
提示：光电二极管的电路连接方式大部分与稳压管类似,是反向工作,即负极接高电位,正极接低电位。
3.二极管的识别。
在二极管电路符号中,三角形一端为正极,短杠一端为负极。因为二极管具有单向导电性,在电路中,电流只能从正极流进二极管,从负极流出二极管。二极管符号旁边的“+”“-”极性是为了便于说明问题加上去的,实际画电路图时一般都不加注。在看电路图时,初学者往往对二极管的符号哪边是正极、哪边是负极分不清楚,这时可把二极管的符号看成是一个漏斗(口大下边小),水只能从漏斗大口入、从小口出,水流即电流,电流是由二极管的正极入、负极出的,这样就能很自然地记生符号的三角形一边是二极管的正极了。
二极管的外壳上只标注型号和极性,不会像电阻、电容、电感那样标注出它的主要参数,根据二极管的外壳标志,可以区分出两管脚的正、负极性来。国产的二极管通常将电路符号印在管壳上,直接标示出引脚极性,如图1-75(a)所示。有的二极通常在负极一端印上一道色环作为负极标记,如图1-75(b)所示。发光二极管(未剪引脚的新发光二极管)的正、负极可从引脚长短来识别,长脚为正,短脚为负,如图1-75(c)所示;另外发光二极管多采用透明树脂封装,管心下部有一个浅盘,观察里面金属片的大小,通常金属片大的一端引脚为负极,金属片小的一端引脚为正极。
(2)稳压二极管的检测：稳压二极管极性与性能好坏的测量与普通二极管的测量方法相似,不同之处在于,当使用指针式万用表的Rx1kΩ挡测量二极管时,测得其反向电阻是很大的,此时,将万用表转换到Rx10kΩ挡,如果出现万用表指针向右偏转较大角度,即反向电阻值减小很多,则该二极管为稳压二极管,如果反向电阻基本不变,说明该二极管是普通二极管,而不是稳压二极管。
稳压二极管的测量原理是,万用表Rx1k挡的内电池电压较小,通常不会使普通二极管和稳压二极管击穿,所以测出的反向电阻都很大,当万用表转换到R×10kΩ挡时,万用表内电池电压变得很大,使稳压二极管出现反向击穿现象,所以其反向电阻下降很多,由于普通二极管的反向击穿电压比稳压二极管高得多,因而普通二极管不击穿,其反向电阻仍然很大。
(3)发光二极管好坏的判断：用指针式万用表Rx10kΩ挡,测量发光二极管的正、反向电阻值。正常时,正向电阻值(黑表笔接正极时)应小于30kΩ,反向电阻应大于1MΩ。较高灵敏度的发光二极管,在测量正向电阻值时,管内会发微光。若正、反向电阻值均为零,说明内部击穿短路;若正、反向电阻值均为无穷大,说明内部开路。
也可以使用万用表的“hFE”挡位来检测。将转换开关拨至“"hFE”处,然后将发光二极管的正极端插入"NPN”的C孔中,负极端插入e孔中,管子发光为正常。若不发光,则说明管脚插反或管子已坏。
(4)光电二极管的检测：其检测方法与普通二极管基本相同,不同之处是,有光照和无光照两种情况下,反向电阻相差很大。
具体测量方法:用万用表R×100Ω或Rx1kΩ挡。在无光照情况下,正向电阻应为10kΩ左右反向电阻应为无穷大,然后让光照着光电二极管,反向电阻随光照强度增加而减小,光线特强时反向电阻可降到1kΩ以下,这样的管子就是好的,若正、反向电阻都是无穷大或零,说明管子是坏的。
