二极管的小知识教学提纲.doc
Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。二极管的小知识-二极管的小知识什么是二极管?二极管的英文是diode。二极管的正.负二个端子,(如图)正端A称为阳极,负端K称为阴极。电流只能从阳极向阴极方向移动。一些初学者容易产生这样一种错误认识：“半导体的一半是一半的半；面二极管也是只有一半电流流动(这是错误的)，所有二极管就是半导体”。其实二极管与半导体是完全不同的东西。我们只能说二极管是由半导体组成的器件。半导体无论那个方向都能流动电流。1. 半导体的种类？半导体可分为本征半导体.P型半导体.N型半导体。本征半导体：硅和锗都是半导体，而纯硅和锗（11个9的纯度）晶体称本征半导体。硅和锗为4价元素，其晶体结构稳定。P型半导体：P型半导体是在4价的本征半导体中混入了3价原子，譬如极小量（一千万之一）的铟合成的晶体。由于3价原子进入4价原子中，因此这晶体结构中就产生了少一电子的部分。由于少一电子，所以带正电。P型的“P”正是取“Positve（正）”一词的第一个字母。N型半导体：若把5价的原子，譬如砷混入4价的本征半导体，将产生多余1个电子的状态结晶，显负电性。这N是从“Negative（负）”中取的第一个字母。3二极管的电流为什么只是一个方向流动呢？ 如图一是未加电场（电压）的情况P型载流子和N型载流子随机地在晶体中。若在图二中的N端施加正电压，在P端施加负电压，内部的载流子，电子被拉到正电压方，空核裤拉到负电压方，从而结合面上的载流子数量大大减少，电阻便增大了。如图三加相反电压，此时内部载流子通过结合面，变得易于流动。换言之电阻变小，电流正向流动。请记住：二极管的正向导通是从P型指向N型，国际的标法是：三角形表示P型，横线是N型。二极管在0.6V以上的电压下电流可急剧移动，反向则无二极管的特性与应用 几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。二极管的工作原理 晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。 当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。 当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。 当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。二极管的类型 二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。 面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。 平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。二极管的导电特性 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。1. 正向特性 在电子电路中，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。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，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”，锗管约为0.2V，硅管约为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（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。2、反向特性 在电子电路中，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，称为反向偏置。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，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。二极管的主要参数 用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：1、额定正向工作电流 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140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额定正向工作电流值。例如，常用的IN40014007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。2、最高反向工作电压 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，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。3、反向电流 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250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，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5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。测试二极管的好坏 初学者在业余条件下可以使用万用表测试二极管性能的好坏。测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX1K档位（注意不要使用RX1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红、黑两根表笔短路，进行欧姆调零。1、正向特性测试 把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。短路和断路的管子都不能使用。2、反向特性测试 把万且表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，管子就是合格的。二极管的应用1、整流二极管 利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。2、开关元件 二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。3、限幅元件 二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。4、继流二极管 在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。5、检波二极管 在收音机中起检波作用。6、变容二极管 使用于电视机的高频头中浅淡电磁继电器的参数、种类和选用方法电磁继电器是自动控制电路中常用的一种元件。实际上它是用较小电流控制较大电流的一种自动开关。因此，广泛应用于电子设备中。电磁继电器一般由一个线圈、铁心、一组成几组带触点的簧片组成。触点有动触点和静触点之分，在工作过程中能够动作的称为动触点，不能动作的称为静触点。电磁继电器的工作原理是这样的：当线圈通电以后，铁心被磁化产生足够大的电磁力，吸动衔铁并带动簧片，使动触点和静触点闭合或分开；当线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁返回原来的位置，动触点和静触点又恢复到原来闭合或分开的状态。应用时只要把需要控制的电路接到触点上，就可利用继电器达到控制的目的。下面就电磁继电器的特性参数、类型符号及应用原则作一简要的介绍。特性参数：电磁继电器的主要特性参数有以下几个：1.额定工作电压或额定工作电流：这是指继电器工作时线圈需要的电压或电流。一种型号的继电器的构造大体是相同的。为了适应不同电压的电路应用，一种型号的继电器通常有多种额定工作电压或额定工作电流，并用规格型号加以区别。2.直流电阻：这是指线圈的直流电阻。有些产品说明书中给出额定工作电压和直流电阻，这时可根据欧姆定律求出额定工作电流。若已知额定工作电流和直流电阻，亦可求出额定工作电压。3.吸合电流：它是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在实际使用中，要使继电器可靠吸合，给定电压可以等于或略高于额定工作电压。一般不要大于额定工作电压的1.5倍。否则会烧毁线圈。4.释放电流：它是指继电器产生释放动作的最大电流。如果减小处于吸合状态的继电器的电流，当电流减小到一定程度时，继电器恢复到未通电时的状态，这个过程称为继电器的释放动作。释放电流比吸合电流小得多。5.触点负荷：它是指继电器触点允许的电压或电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小。应用时不能用触点负荷小的继电器去控制大电流或高电压。例如：JRX-13F电磁继电器的触点负荷是0.02A×12V，就不能用它去控制220V的电路通断。继电器的电符号和触点形式。继电器线圈在电路中用一个长方框符号表示，如果继电器有两个线圈，就画两个并列的长方框（分别见图1a、图1b）。同时在长方框内或长方框旁标上继电器的文字符号“J”。继电器的触点有两种表示方法：一种是把它们直接画在长方框一侧，这种表示法较为直观。另一种是按照电路连接的需要，把各个触点分别画到各自的控制电路中，通常在同一继电器的触点与线圈旁分别标注上相同的文字符号，并将触点组编上号码，以示区别。继电器的触点有三种基本形式：1.动合型（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。见图2a。2.动断型（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。见图2b。3.转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。见图2C。此外，一个继电器还可以有一个或多个触点组，但均不外乎以上三种形式。在电路图中，触点和触点组的画法，规定一律是按不通电时的状态画出。继电器的选用：1.先了解必要的条件：控制电路的电源电压，能提供的最大电流；被控制电路中的电压和电流；被控电路需要几组、什么形式的触点。选用继电器时，一般控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。2.查阅有关资料确定使用条件后，可查找相关资料，找出需要的继电器的型号和规格号。若手头已有继电器，可依据资料核对是否可以利用。最后考虑尺寸是否合适。3.注意器具的容积。若是用于一般用电器，除考虑机箱容积外，小型继电器主要考虑电路板安装布局。对于小型电器，如玩具、遥控装置则应选用超小型继电器产品。测判三极管的口诀 三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速掌握测判方法，笔者总结出四句口诀：“三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准，动嘴巴。”下面让我们逐句进行解释吧。 一、三颠倒，找基极 大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，图1是它们的电路符号和等效电路。 测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R×100或R×1k挡位。图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。由图可见，红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。 假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极(参看图1、图2不难理解它的道理)。 二、PN结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型(图1)。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。 三、顺箭头，偏转大 找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。 (1)对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路如图3所示。根据这个原理，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔c极b极e极红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”)，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。 (2)对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：黑表笔e极b极c极红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c(参看图1、图3可知)。 四、测不出，动嘴巴 若在“顺箭头，偏转大”的测量过程中，若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要“动嘴巴”了。具体方法是：在“顺箭头，偏转大”的两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电极b，仍用“顺箭头，偏转大”的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。电容的耐压和绝缘电阻 电容长期可靠地工作，它能承受的最大直流电压，就是电容的耐压，也叫做电容的直流工作电压。如果在交流电路中，要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。 表1是常用固定电容直流工作电压系列。有*的数值，只限电解电容用。 表1常用固定电容的直流电压系列1.6 4 6.3 10 16 25 32* 40 50 63100 125* 160 250 300* 400 450* 500 630 1000 由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体，它的电阻不是无限大，而是一个有限的数值，一般在1000兆欧以上。电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻，或者叫做漏电电阻。漏电电阻越小，漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗，这种损耗不仅影响电容的寿命，而且会影响电路的工作。因此，漏电电阻越大越好色环阻值表示法 碳质电阻和一些1/8瓦碳膜电阻的阻值和误差用色环表示。在电阻上有三道或者四道色环。靠近电阻端的是第一道色环，其余顺次是二、三、四道色环，如图1所示。第一道色环表示阻值的最大一位数字，第二道色环表示第二位数字，第三道色环表示阻值未应该有几个零。第四道色环表示阻值的误差。色环颜色所代表的数字或者意义见表1。图1表1色环颜色所代表的数字或意义色别第一色环最大一位数字第二色环第二位数字第三色环应乘的数第四色环误差棕1110红22100橙331000黄4410000绿55100000蓝661000000紫7710000000灰88100000000白991000000000黑001金0.1±5%银0.01±10%无色±20%比如有一个碳质电阻，它有四道色环，顺序是红、紫、黄、银。这个电阻的阻值就是270000欧，误差是±10%。双比如有一个碳质电阻，它有棕、绿、黑三道色环，它的阻值就是15欧，误差是±20%。标称阻值和允许误差 大多数电阻上，都标有电阻的数值，这就是电阻的标称阻值。电阻的标称阻值，往往和它的实际阻值不完全相符。有的阻值大一些，有的阻值小一些。电阻的实际阻值和标称阻值的偏差，除以标称阻值所得的百分数，叫做电阻的误差。表1是常用电阻允许误差的等级。表1常用电阻允许误差的等级允许误差±0.5%±1%±2%±5%±10%±20%级别005 01 02 国家规定出一系列的阻值作为产品的标准。不同误差等级的电阻有不同数目的标称值。误差越小的电阻，标称值越多。表2是普通电阻的标称阻值系列。表中的标称值可以乘以10、100、1000、……比如1.0这个标称值，就有1Ω、10Ω、100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩ、……表2普通固定电阻标称阻值系列允许误差标称阻值系列±5%1.0 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 3.03.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1±10%1.0 1.2 1.5 1.8 2.2 2.7 3.3 3.9 4.7 5.6 6.8 8.2±20%1.0 1.5 2.2 3.3 4.7 6.8不同的电路对电阻的误差有不同的要求。一般电子电路，采用级或者级就可以了。在电路中，电阻的阻值，一般都标注标称值。如果不是标称值，可以根据电路要求，选择和它相近的标称电阻。进口电容的标识<1>单位：基本单位为P，辅助单位有G，M，N。换算关系为：<1G=1000UF><1M=1UF=1000PF><2>标注法：通常不是小数点，而是用单位整数，将小数部分隔开。例如：6G8=6.8G=6800UF；2P2=2.2PF；M33=0.33UF；68n=0。068UF有的电容器用数码表示，数码前2位为电容两有效数字，第3位有效数字后面“零的”个数。数码后缀J（5%）、K（10%）、M（20%）代表误差等级。如222K=2200PF+10%，应特别注意不要将、与我国电阻器标志相混，更不要把电容器误为电阻器。105=1uf104=0.1uf103=0.01uf102=0.001uf用万用电表检验电容表针偏转的大小也不一样，这就需要配备每一只电表一个表格，列出检验每一只电容器时表针在第二刻线上偏转的最多格数。由于允许电容器的电容有一定的误差，相应规定出±格数的范围。如10±2，即812格范围内都算合格(图8)。与检验电解电容器一样，检验时表针偏转到最大角度后，不要马上断开，要等表针返回，对小容量电容器而言，表针应当回到起点。否则因其漏电过大，而不合格。操作程序如下：1.使用万用电表，首先将挡位旋钮旋到“R×1k”挡位，双笔短接调0。2.小于等于2000pF的电容器应插入弹簧1、2，依次逐个检验，此为第一组。大于2000pF的电容器应插入弹簧2、3，依次逐个检验，此为第二组。3.第一组中的某一个电容器插入1、2后，使用万用电表的黑笔先接触弹簧1，这就是将电容器放电，以保证它在检验时处于“未充电”的初始状态。然后再将黑笔接触2，这时表针偏转，至最大偏角后返回。(1)注视最大偏角在第二刻线上有几小格，对照本万用电表所配表格所列格数(见表2)。如果相差在±格数范围内，即为合格。如果超出范围，即为不合格。(2)注视表针能否返回到起点，回到起点为合格。4.第二组中的某一个电容器插入2、3：(1)使用万用电表的黑笔先接触弹簧3，使电容器放电。再将黑笔接触2检验，看表针最大偏转几格，是否符合表2所列格数(第二线小格)。(2)看表针返回时能否回到起点，回不到起点为漏电严重，不合格。5.举例：检验各电容器表针偏转格数见表2。-
