晶体二极管的识别与检测(2)–整流二极管,整流桥和高压硅堆的检测

整流二极管

  1. 整流二极管的特性

整流二极管一般选用硅或锗材料面接触型的二极管,它的特点是:工作频率低,允许通过的正向电流大,反向击穿电压高,允许的工作温度高。整流二极管的作用是将交流电变成直流电。国产的整流二极管的型号有2DZ系列等。常见的进口整流二极管有1N4001,1N5401等型号。整流二极管的电路符号如图4-5所示。4-5

二极管整流电路,一般都接在电源变压器的次级输出端或者220V的交流市电,通常是用4个二极管组成的桥式整流电路。它的后级为滤波器,交流电经整流后,要求将交流成分滤得越干净越好,所以滤波电容器都是用大容量的电解电容器。一般容量为几百至几千微法。整流电路的后面为由它供电的电路。整流电路工作频率较低,而通过二极管的电流较大,所以都用硅材料面接触型整流二极管。

整流二极管不仅有硅管和锗管之分,而且还有低频和高频,大功率和小功率之分。硅管具有良好的温度特性及耐压性能,故在现在的电子装置中应用远比锗管多,选用整流二极管时,若无特殊需要,一般选硅二极管为宜。

低频整流管也称普通整流管,主要用在市电50Hz电源、100Hz电源(全波)整流电路及频率低于几百赫的低频电路中。高频整流管也称为快恢复整流管,主要用在频率较高的电路中(如电视机行输出和开关电源电路)。

  1. 整流二极管的主要参数

  • 最大整流电流IF

最大整流电流是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯发热,温度上升,温度超过容许限度(硅管为150℃左右,锗管为90℃左右)时,就会使管芯过热而损坏。所以,二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如,常用的1N4001~1N4007型锗二极管的最大整流电流为1A。

  • 最高反向工作电压UR

加在二极管两端的反向电压高到一定值时,会将管子击穿,失去单向导电能力。为了保证使用安全,规定了最高反向工作电压值。例如1N4001二极管反向耐压为50V,1N4007反向耐压为1000V。

  • 反向电流IR

反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下,流过二极管的反向电流。反向电流越小,管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系,大约温度每升高10℃,反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管,在25℃时反向电流若为250μA,温度升高到35℃,反向电流将上升到500μA,以此类推,在75℃时,它的反向电流已达8mA,不仅失去了单方向导电特性,还会使管子过热而损坏。又如,2CP10型硅二极管,25℃时反向电流仅为5μA,温度升高到75℃时,反向电流也不过160μA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

  • 最大整流电流下的正向电压降UF

当正向电流流过二极管时,二极管两端就会产生正向电压降。在一定的正向电流下,二极管的正向压降越小越好。在通常情况下,锗二极管的正向压降不超过0.3V,硅二极管的正向压降不超过0.7V,测试时,如果二极管的正向电压降超过了规定的数值,管子就不合格。

  • 最高工作频率fM

由于PN结存在结电容和扩散电容,二极管最高工作频率收到限制。因此,各型号的二极管都规定了最高工作频率,在选用或更换二极管时,要使二极管的最高工作频率高于实际使用的工作频率。

重点提示:二极管的PN结的P型和N型两块半导体之间构成一个电容量很小的电容,叫做“极间电容”(如图4-6所示)。由于电容的容抗( gs)随频率的增高而减小,所以,PN结工作于高频时,高频信号容易被极间电容反馈而影响PN结的工作。但在直流或低频下工作时,极间电容对直流和低频的阻抗很大,故一般不会影响PN结的工作性能。PN结的面积越大,极间电容量越大,影响也越大,这就是面接触型二极管(如整流二极管)不能用于高频工作的原因。

整流二极管的检测

判别正、负极

1.观察外壳上的符号标记。有些整流二极管的外壳上,标有二极管的符号,带有三角箭头的一端为正极,另一端则是负极。如图4-7所示。

4-62.观察外壳上的色环。在整流二极管的外壳上,通常标有白色的色环,带色环的一端为负极。3.用万用表测量判别。将万用表置于R*00或者R*1K档,先用红,黑表笔任意测量二极管两引脚间的电阻值,然后交换电表笔在测量一次。如果二极管是好的,两次测量结果必定出现一大一小。以阻值较小的一次测量为准,黑表笔所接的一端为正极,红表笔所接的一端则为负极。

鉴别质量好坏

整流二极管由于工作电流大,因此,在用万用表检测时,可按下述方法步骤进行。

  • 将万用表置于R*1k档,黑表笔接二极管正极,红表笔接负极,检查被测管的单向导电性。由于R*1k档提供的测试电流较小,所以测出的正向电阻应为几千欧至十几千欧。然后交换表笔,测量被测管的反向电阻,正常时应为无穷大。
  • 将万用表置于R*1档对管子进行一次复测。R*1档所提供的测试电流比较大,所测得的正向电阻应为几至几十欧,反向电阻仍未无穷大。因为整流二极管的IF一般大于1A,而R*1档的最大测试电流仅几十至100多毫安,所以测量时不会烧坏被测二极管。

若测得的二极管正向电阻太大或反向电阻太小,都表明二极管的整流效率不高。如果测得正向电阻为无穷大(万用表指针不动),说明二极管的内部断路;若测得的反向电阻接近于零,则表明二极管已经击穿。内部断路或击穿的二极管都不能使用。

  • 检测最高工作频率fM

用万用表R*1k档进行测试,一般正向电阻小于1kΩ的多为高频管。大于1kΩ的多为低频管。

  • 检测最高反向击穿电压VRM

对于交流电来说,因为电流正反向不断变化,因此最高反向工作电压也就是二极管承受的交流峰值电压。需要指出的是,最高反向工作电压并不是二极管的击穿电压。一般情况下,二极管的击穿电压要比最高反向工作电压高的多(约高一倍左右)。检测二极管反向击穿电压,通常可采用以下几种方法。

方法一:用万用表R*1k档测量一下二极管的反向电阻,若万用表指针微动或不动,则被测管的反压能达150V以上。反向电阻越小,管子的耐压越低。这是一种粗略的检测方法。

方法二:用测试电路进行测试,测试电路如图4-8所示。

4-8

按此电路也可以支撑晶体管耐压测试仪。它不仅能测量二极管和三极管的反向击穿电压,还可以测试稳压二极管的稳压特性。其特点是安全可靠,测试过程中,即使误将测试管极性接反了也不会损坏管子。

由图4-8中可以看出,这实际上是一个简单的可调串联型稳压电路。测试时,先将被测管Vx的两个电极接好,把电位器RP调到最大值,使输出电压最低,Vx的反向电流量小;然后接通电源开关S1,逐渐调节RP,使其阻值慢慢减小,当加到Vx两端的反向电压达到击穿值时,Vx的反向击穿电流通过RP、R3给V6加上一个正向偏压,此时V6开始导通,集电极电位下降,从而使V5的基极电位下降,V5的内阻增大,Vce增大,这样便自动限制了加在Vx上的电压值,使其不再继续增大,将击穿电流限定在某一值,起到自动保护被测管的作用。从电压表上可直接读出被测管的耐压值,从电流表可直接读出击穿电流值。电压表和电流表可使用万用表的电压档和电流档代替。

本测试电路的最大测试电压为320V,最大测试电流为10mA。要求V6和V5的BVceo大于400V。如果将电源变压器T的次级电压提高,还可以用来测更高反压的二极管或三极管,但所用的V6和V5的BVceo值也要相应提高,另外,如果将电源电压降为几十伏,可不改变电路结构,即能很方便的测试反向击穿电压低的管子。

  • 最高工作频率fM

近年来,1N系列二极管在各种电子产品中得到了广泛的应用,这类管子的突出特点是体积小,价格低,性能优良。1N系列塑封硅整流二极管的典型产品有1N4001~1N4007(1A)、1N5391~1N5399(1.5A)、1N5400~1N5408(3A)。详细技术指标见表4-1.

b4-13.整流桥组件

整流桥组件是由几只整流二极管组合在一起的二极管组件,主要分为全桥组件和半桥组件两种。

  1. 全桥组件

  • 全桥组件的结构

全桥组件是一种把四只整流二极管按全波桥式整流电路连接方式封装在一起的整流组合件,内部电路和电路符号如图4-9所示。

4-9

全桥组件的优点是使用方便,它的外部只有四条引线。不足之处是全桥组件内部若有一只二极管损坏,则会影响整个组件的工作。

  • 全桥组件的主要参数

由于整流全桥组件是由二极管组成的,因而选用全桥组件时可参照二极管的参数。它的主要参数有两项:额定正向整流电流I0和反向峰值电压URM。常见国产全桥组件的正向电流为0.05A~100A,反向峰压为25V~1000V。下面简要介绍这两项参数的标注方法。

1.直接用数字标注。

例如:QL1A/100或者QL1A100,表示正向电流为1A,反向峰压为100V的全桥组件。

2.用字母表示URM,数字表明I0值。

有些全桥组件的型号中,I0值用数字表明,URM不直接用数字表示,而用英文字母A~M代替,见表4-2.

b4-2

例如:QL2AF则表示一个电流为2A,峰压为400V的全桥。

3.字母表示URM,数字码代表I0

不少型号的全桥组件只标电压的代表字母,而不表明具体的电流值,对于这些全桥可以去查产品手册。例如:QL2B查手册后知道是0.1A,50V的全桥。

  • 全桥组件的管脚排列规律

长方体全桥组件输入、输出端直接标注在面上,如图4-10所示。“~”为交流输入端,“+”“-”为直流输出端。

4-10

圆柱体全桥组件的表面若只标“+”,那么在“+”的对面是“-”极端,余下两脚便是交流输入端,如图4-11所示。

扇形全桥组件除直接标正、负极与交流接线符号外,通常以靠近缺角端的引脚为正极(部分国产的为负极),中间为交流输入端,如图4-12所示。

大功率方形全桥组件这类全桥由于工作电流大,使用时要另外加散热器。散热器可由中间圆孔加以固定。此类产品一般不印型号和极性,可在侧面边上寻找正极标记,如图4-11所示。正极的对角线上的引脚是负极端,余下两引脚接交流端。

  • 4-12全桥组件的检测方法

  1. 判别极性。若全桥组件的极性未标注或标记不清,可用万用表进行判断,将万用表置于R*1k档,黑表笔任意接全桥组件的某个引脚,用红表笔分别测量其余3个引脚,如果测得的阻值都为无穷大,则此时黑表比所接的引脚为全桥组件的直流输出正极;如果测得的阻值都为4kΩ~10kΩ左右,则此时黑表比所接的引脚为全桥组件的直流输出负极,剩下的两个引脚就是全桥组件的交流输入脚。
  2. 判定好坏。根据全桥组件的内部结构图(如图4-14),可用万用表方便地进行判断。4-14首先将万用表置于R*10k档,测量一下全桥组件交流电源输入端③④脚的正反向电阻值。由图可以看出,无论红黑表笔怎样交换测量,由于左右两边的两个二极管都有一个处于反向接法,所以良好的全桥组件③④脚之间的电阻值都应为无穷大。当4个二极管之中有1个击穿或漏电时,都会导致③④脚之间的电阻值变小。因此,当测得③④脚之间的电阻值不是无穷大时,说明全桥组件中的4个二极管中必有一个或多个漏电。当测得的阻值只有几千欧时,说明全桥组件中有个别二极管已经击穿。之策③④脚之间的电阻值,对于全桥组件中的开路性故障和正向电阻变大等性能不良的故障还检查不出来。因此,在测完③④脚的电阻值以后,还需要测量①,②脚之间的正向电阻加以判断。用万用表R*1k档进行测量,①,②脚之间的正向电阻值一般在8kΩ~10kΩ之间,如果测得①,②脚之间的正向电阻值小于6kΩ,说明4个二极管中有一个或两个已经损坏。如果测得①,②脚间的正向电阻值大于10kΩ,则说明全桥组件中的二极管存在正向电阻变大或开路性故障。
  1. 半桥组件

半桥组件是把两只整流二极管按一定方式连接起来并封装在一起的整流器件,半桥组件的外部外形和内部结构如图4-15所示。不要把它误当做全桥组件来使用。

4-15

在电路中,可用1个半桥堆组成全波整
流电路或用2个半桥堆组成全波桥式整流电路。半桥组件的检测可根据其内部结构按二极管的检测方法进行。

高压硅堆

高压硅堆又叫硅柱。它是一种硅高频高电压整流二极管。工作电压在几千至几万伏之间。常用于黑白电视机或其他电子仪器中做高频高压整流。它之所以能有如此高的耐压本领,是因为它的内部是由若干个硅高频二极管的管芯串联起来组合而成的。外面用高频陶瓷进行封装,如图4-16所示。

4-16

高压硅堆的反向峰值电压,取决于管芯的个数与每个管芯的反向峰值电压。常见型号有2DGL和2CGL系列。例如硅柱2DGL封装面上标上15kV,表示它的最高反向峰值电压为15kV。判断硅堆好坏及正负极性,必须用万用表R*10k档。测其正向电阻时,表针略有摆动,大约为几百千欧;测其反向电阻为∞,表针应不动。

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