浅析二极管在通用技术电路教学中的应用

1、    浅析二极管在通用技术电路教学中的应用    黄勇【摘要】 二极管是高中通用技术教学中最早接触的一种电子器件，在各种电子电路中有很广泛的应用。由于高中学生电学知识的限制，我们重点讨论其在理想工作状态（即具有理想的单向导电性）下的简单应用。【关键词】 二极管 通用技术 应用g633.7 a 1992-7711（2017）10-137-02二极管是一种基本的半导体器件，具有单向导电性，高中涉及的应用范围包括基本的数字电路、整流电路和多种逻辑门电路等。我们在学习这部分内容时，一方面要理解好二极管的基本结构和工作特性，据此对基本的数字电路进行简单分析；同时

2、要抓住二极管导通和截止的条件，从而判断电路的实际状态，进一步推理在其它电路中的应用。一、二极管的基本结构和特性1. 二极管的基本结构将一块半导体材料的一侧扩散成p型半导体（参与导电的主要是带正电的空穴），另一侧扩散成n型半导体（参与导电的主要是带负电的电子），则在他们的交界面上会形成一个pn结。在结的两端各引出一个电极，并将整块半导体材料封装在管壳内，就构成了一个二极管。2. 二极管的特性二极管最主要的特性就是单方向导电性，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。（1）正向特性：在电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式称为正向偏置。当加在二极管两端的正

3、向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗二极管约为0.2v，硅二极管约为0.6v）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗二极管约为0.3v，硅二极管约为0.7v），称为二极管的“正向压降”。（2）反向特性：在电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式称反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当普通二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单向导电性，

4、二极管会反向击穿而损坏。高中学生由于受所学知识的限制，一般考虑其理想的工作状态，即：二极管两端加正向电压导通，相当于短路，电阻很小甚至为零；而加反向电压截止，相当于断路，电阻很大。二、二极管在电路中的应用1. 单向导电性的基本应用根据二极管的单向导电性，我们可以对一些简单电路进行分析。例题：黑箱中有一个二极管，还有两个阻值均为1k的电阻，它们与黑箱的接线柱1、2、3接成电路，用多用电表的电阻挡对这三个接线柱间的电阻进行测量，得到的数据如表1所示，那么黑箱中的线路是图2中的。解析：根据二极管的单向导电性，表头读数为零，二极管反接这一点可判断b是错误的；根据读数为0.5k，二极管正接电阻为零，两个

5、电阻应是并联，可判断a错；再根据读数为2k可判断d错；只有c满足三次测量，故选c.2. 在整流电路中的应用利用二极管的单向导电性可以对交流电整流，主要有半波整流电路和全波整流电路。（1）半波整流电路如下左图所示，当输入电压处于交流电压的正半周时，二极管d导通，此时负载上有电流通过，方向从上向下。这时二极管有很小的正向降压（硅管约为0.60.8伏、锗管约0.20.3伏），则负载rl上得到的输出电压vo=vi-vd；当输入电压处于交流电压的负半周时，二极管截止，负载上没有电流通过，输出电压vo=0.该电路输入和输出电压的波形如右图所示。利用二极管的单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方

6、向的脉冲直流电；由于在一个周期中，仅在半个周期内有电压加在负载上，有电流通过负载，而下半周期中，负载上无电压又无电流，因此称这种电路为半波整流电路。半波整流电路是最简单的二极管整流电路，由于整流效率低，电流波动大，可用于整流要求不高的场所。（2）全波整流电路把两个二极管并联接入输入端，就可以形成一个全波整流电路，如下所示。当输入电压处于交流电压的正半周时，二极管d1导通，d2截止，负载上有从上向下的电流通过，输出电压vo=vi-vd1；当输入电压处于交流电压的负半周时，二极管d2导通，d1截止，负载上也有同样的电流通过，输出电压vo=vi-vd2.不管是处在哪半个周期，在电路的输出端始终是一个

7、方向不变的脉动电流，因此称为全波整流。全波整流不仅利用了正半周期，而且还巧妙地利用了负半周期，从而大大地提高了整流效率。只不过我们要选择能承受较高反向电压的二极管。（3）桥式整流电路桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。只要增加两只二极管连接成“桥”式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对d1、d3加正向电压，dl，d3导通；对d2、d4加反向电压，d2、d4截止。电路中构成e2、dl、rfz和d3通电回路，在rfz上形成上正下负的半波整流电压；e2为负半周时，对d2、d4加正向电压，d2、d4导通；对d1、d3加反向电

8、压，d1、d3截止。电路中构成e2、d2、rfz和d4通电回路，同样在rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在rfz上便得到全波整流電压。其波形图和全波整流波形图是一样的。不难看出，桥式电路中有两只二极管串联，每只二极管承受的反向电压比全波整流电路小一半，因此有更广的应用。3.在门电路中的应用endprint门电路是数字电路的基础。教材给我们分析了一个用晶体三极管构成的“非”门电路，这就是一种最基本的逻辑电路。除此之外，我们还可以利用二极管形成另外两种基本逻辑门电路“与”门和“或”门。（1）二极管和“与”门电路如左图为二极管“与”门电路，a，b為输入端，y为输出端，vcc

9、=5v，r1=3.9千欧。假设3v及以上代表高电平，0.7及以下代表低电平。下面根据图中情况具体分析：当ua=ub=0v即输入都是低电平时，d1，d2正向偏置，两个二极管均会导通，此时输出端y电位为0.7v（二极管导通之后，如果其阴极电位是不变的，那么就它的阳极电位固定在比阴极高0.7v的电位上，这也是二极管的一个特性），输出为低电平。当输入电平ua，ub一高一低时，不妨假设ua=3v，ub=0v，这时不妨先从d2开始分析，d2会导通，导通后d2两端电压会被限制在0.7v，那么d1由于右边是0.7v左边是3v所以会反向偏置而截止，因此最后y为0.7v输出低电平；这里也可以从d1开始分析，如果d

10、1导通，那么uy应当为3.7v，此时d2将导通，那么d2导通，压降又会变回0.7，最终状态y仍然是0.7v.输出低电平，此时d1马上截止。当va=vb=3v输入都是高电平，这个情况很好理解，d1，d2都会正偏，y被限定在3.7v，输出高电平。真值表如右上图。很明显，只有输入都为高电平的情况下，输出才是高电平，这就是“与”门电路。（2）二极管和“或”门电路同理，二极管“或”门电路也可以做出如下分析：u=ub=0v时，d1、d2由于正偏而导通，uy=（0-0.7）=-0.7vua=0v、ub=3v时，d2导通，d1反向偏置截止，uy=（3-0.7）=2.3vua=3v、ub=0v时，d1导通，d2反向偏置截止，uy=（3-0.7）=2.3vua=ub=3v时，d1、d2都正偏导通，uy=（3-0.7）=2.3v即只要输入端有高电平，输出就是高电平，否则是低电平。以上就是二极管在高中数字电路中的应用。通过分析，我们加深