第一章 二极管及其应用

第一章二极管及其应用

教学重点

1．了解二极管的伏安特性和主要参数。

2．了解硅稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管等各种二极管的外形特征、功能和应用。

3．能用万用表检测二极管。

4．掌握单相半波、桥式全波整流电路的组成、性能特点和电路估算。

5．了解电容滤波电路的工作原理和估算。

教学难点

1．PN结的单向导电特性。

2．整流电路和滤波电路的工作原理。

学时分配

1.1 二极管

1.1.1 半导体的奇妙特性

导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，如硅、锗等，其导电能力受多种因素影响。

热敏特性——温度升高，导电能力明显增强。

光敏特性——光照越强，导电性能越好。

掺杂特性——掺入杂质后会改善导电性。

1.1.2 二极管结构与电路图形符号

通过实物认识各类二极管

动画：PN 结的形成

1.1.3 二极管的单向导电特性 做一做：二极管的单向导电特性

1．二极管的单向导电特性 （1）加正向电压二极管导通 （2）加反向电压二极管截止

2．二极管特性曲线

二极管两端的电压、电流变化的关系曲线，即二极管的伏安特性曲线。

演示实验：利用晶体管特性图示仪测出二极管伏安特性曲线

（1）正向特性

正向电压较小，这个区域常称为正向特性的“死区”。一般硅二极管的“死区”电压约为0.5V ，锗二极管约为0.2V 。

正向电压超过“死区”电压后，电流随电压按指数规律增长。此时，两端电压降基本保持

正极＋

VD

正极＋

负极 －

不变，硅二极管约为0.7V ，锗二极管约为0.3V 。

（2）反向特性

二极管加反向电压，此时流过二极管的反向电流称为漏电流。 当加到二极管两端的反向电压超过某一规定数值时，反向电流突然急剧增大，这种现象称为反向击穿现象，该反向电压称为反向击穿电压，用U （BR ）表示。

实际应用时，普通二极管应避免工作在击穿范围，否则会因电流过大而损坏管子失去单向导电性。

1.1.4二极管的使用常识

1．二极管的型号

国产二极管的型号命名规定由五部分组成（部分二极管无第五部分），国外产品依各国标准而确定。

2．二极管的主要参数 （1）最大整流电流I FM （2）反向饱和电流I R

（3）最高反向工作电压U RM （4）最高工作频率f M

例：利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点，可以构成限幅（削波）电路来限制输出电压的幅度。图（a ）所示为一单向限幅电路。

设输入电压u i =10sin ωt （V ），U s =5V ，为简化分析，常将二极管理想化，即二极管导通

时，两端电压降很小，可视为短路，相当于开关闭合，；二极管反向截止时，反向电流很小，相当于开关断开，如图所示。

（a ） 单向限幅电路

（b ） 波形

u i /V

－u o /V

－S

S

相当于开关闭合

相当于开关断开

这样，单向限幅电路输出电压u o被限制在＋5V～－10V之间，其波形如图（b）所示。将电路稍作改动便可做成双向限幅电路。利用二极管的这一特性，通常可将其用于电路的过电压保护。

3．二极管的检测

动画：用万用表判断二极管极性

动画：用万用表检测普通二极管的好坏

二极管正、反向电阻值检测分析

检测结果

二极管状态性能判断正向电阻反向电阻

几百欧～几千欧几十千欧～几百千欧以上二极管单向导电正常

趋于无穷大趋于无穷大二极管正、负极之间已经断开开路

趋于零趋于零二极管正、负极之间已经通路短路

二极管正向电阻增大反向电阻减小单向导电性变差性能变差

做一做：普通二极管的识别与检测

1.1.5 其他类型二极管

1．稳压二极管

（1）稳压二极管的外形和图形符号

（2）稳压二极管的伏安特性

（b）图形符号

VZ

＋－

（a）稳压管外形

从图中可以看出，如果把击穿电流限制在一定的范围内，管子就可以长时间稳定工作在反向击穿电压U Z ，即稳压值。所以稳压二极管稳压时工作于反向击穿状态。

稳压二极管的类型很多，主要有2CW 、2DW 系列，如2CW15其稳定电压为7.0～8.5V 。从晶体管手册可以查到常用稳压二极管的技术参数和使用资料。

（3）稳压管二极管的检测 检测方法与普通二极管相同，但稳压二极管的正向电阻比普通二极管的正向电阻要大一些。

2．发光二极管（LED ）

（1）发光二极管的电路图形符号

发光二极管与普通二极管一样也是由PN 结构成，同样具有单向导电性。其电路图形符号和文字符号如图所示。

发光二极管实物 图形符号

发光二极管被广泛运用于电路的状态显示、信息显示、装饰工程、照明等领域。 （2）发光二极管发光时工作在正偏置状态

发光二极管两端有一个“管压降”，根据制造材料的不同而不同。

例：电路如图所示，已知某发光二极管的导通电压U L =1.6V ，正向电流为5～20mA 时才能发光。试问：

（1）开关处于何种位置时发光二极管可能发光？

（2）为使发光二极管发光，电路中R 的取值范围为多少？

解：（1）当开关断开时发光二极管才有可能发光。当开关闭合时发光二极管的端电压

u Z

i Z

稳压区

反向电压 反 向 电 流

U Z

VL