1-2 二极管的工作状态《电子技术基础与技能》云南省 电子电工类 知识点讲解

云南省装备制造大类对口高考电子技术复习讲义 模块1 晶体二极管及应用 1-2 二极管的工作状态 【考纲要求】 （1） 理解晶体二极管的工作状态及特点 （2）掌握二极管导通、截止的判断方法 （3）熟悉特殊二极管 【知识网络】 【知识和技能要点】 一、二极管的核心基础 ——PN 结的单向导电性 晶体二极管的核心是PN 结，PN 结加正向电压（P 区接高电位，N 区接低电位）时，空间电荷区变窄，多子扩散运动加剧，形成较大的正向电流，PN 结呈导通状态； PN 结加反向电压（P 区接低电位，N 区接高电位）时，空间电荷区变宽，只有少子的漂移运动形成极小的反向漏电流，PN 结呈截止状态，这一特性称为单向导电性，是判断二极管工作状态的根本依据。运动过程如下图所示： 二、二极管的两种工作状态及特点 1. 导通状态 偏置条件：二极管正向偏置（阳极电位 > 阴极电位），且正向电压达到死区电压（硅管约 0.5V，锗管约 0.1V）。 工作特点： ① 导通后二极管的正向压降基本恒定（硅管约 0.7V，锗管约 0.2V），可作为恒压源近似处理； ② 电路中有正向电流通过，电流大小由外电路电阻决定； ③ 导通的二极管近似为闭合的开关（带固定正向压降）。 2. 截止状态 偏置条件：二极管反向偏置（阳极电位 < 阴极电位），或正向电压小于死区电压。 工作特点： ① 二极管中只有微安级反向漏电流（硅管漏电流远小于锗管），工程上可近似认为电流为 0； ② 二极管两端电压由外电路决定； ③ 截止的二极管近似为断开的开关。 三、二极管导通、截止的判断方法（核心技能） 核心步骤：断开二极管，计算二极管阳极电位（Vₐ）和阴极电位（Vₖ），比较两者大小： 1. 若Vₐ - Vₖ ≥ 死区电压（硅管≥0.5V，锗管≥0.1V）：二极管正向偏置，导通，导通后按正向压降修正（硅管 Vₐ-Vₖ=0.7V，锗管 = 0.2V）； 2. 若Vₐ - Vₖ < 死区电压（含反向偏置）：二极管反向偏置，截止，截止后二极管支路电流为 0。 简化判断：在直流电路分析中，若无特殊说明，默认采用硅管，可直接通过 “阳极电位是否高于阴极电位且差值≥0.7V” 判断导通，反之则截止。 四、特殊二极管（考纲要求・熟悉） 普通二极管核心利用单向导电性，特殊二极管利用 PN 结的特殊特性工作，多为反向偏置工作，是电子电路中常用的专用器件，核心特性与应用如下： 1. 稳压二极管（齐纳二极管） 核心特性：工作在反向击穿区，反向击穿后，即使反向电流变化很大，其两端反向电压基本保持恒定；特性曲线如下： 工作偏置：反向偏置（与普通二极管避免反向击穿不同）； 符号 典型应用：简易稳压电路、过压保护电路，串联限流电阻使用，防止击穿电流过大烧毁。稳压二极管实物图如下所示: 2. 发光二极管（LED） 核心特性：正向导通时，利用 PN 结的电光效应将电能转化为光能（发光），不同材料发出不同颜色光（红、绿、蓝、白等）；特性曲线如下： 工作偏置：正向偏置，导通压降比普通硅管高（红色约 1.8\2.2V，蓝色 / 白色约 3.0\3.6V）； 符号 典型应用：电路状态指示、显示屏、照明灯具，串联限流电阻控制导通电流。实物图如下所示: 3. 光电二极管 核心特性：反向偏置下，受光照射时，PN 结内产生大量光生载流子，反向漏电流随光照强度增大而显著增大，实现光信号→电信号的转换；特性曲线如下： 工作偏置：反向偏置，无光照时反向漏电流极小（暗电流）； 符号 典型应用：光检测、光电传感器、光纤通信接收端。实物图如下所示: 4. 变容二极管 核心特性：反向偏置下，PN 结的空间电荷区宽度随反向电压增大而变宽，结电容随之减小，实现结电容随反向电压连续变化； 工作偏置：反向偏置，无正向导通使用场景； 典型应用：高频电路的频率调谐、压控振荡器，如收音机、电视机的调台电路。 【练习题】 一、选择题 1.硅二极管导通时，其正向压降约为（） A. 0.1V B. 0.2V C. 0.7V D. 1.2V 2.判断二极管是否导通的核心是（） A. 二极管两端电压大小 B. 二极管的正、反向偏置关系及死区电压 C. 电路中电流的方向 D. 二极管的材料类型 3.二极管截止时，以下说法正确的是（） A. 反向电流很大 B. 近似为开路状态 C. 阳极电位高于阴极电位 D. 正向压降为 0.7V 4.锗二极管的死区电压约为（） A. 0.1V B. 0.5V C. 0.7V D. 0.9V 5.下列特殊二极管中，工作在反向击穿区的是（） A. 发光二极管 B. 稳压二极管 C. 光电二极管 D. 变容二极管 6.关于发光二极管，下列说法正确的是（） A. 反向偏置发光 B. 导通压降比普通硅管低 C. 正向偏置工作 D. 无需限流电阻即可直接接电源 二、判断题 1.二极管只要加正向电压，就一定会导通。（） 2.PN 结的单向导电性是二极管实现各种功能的基础。（） 3.硅二极管的反向漏电流比锗二极管小，因此硅管更适合用于高频电路。（） 4.二极管导通后，其正向压降随正向电流的增大而大幅增大。（） 5.整流电路是二极管利用单向导电性的典型应用。（） 6.稳压二极管正常工作时，需要加正向偏置电压。（） 7.光电二极管将光信号转换为电信号，需反向偏置工作。（） 三、分析题 1.如图所示直流电路中，电源电压 U=5V，R=1kΩ，二极管为硅管，判断二极管的工作状态，并计算电路中的电流 I 和二极管两端的电压 U_D。 2.若将上题中的电源正负极反接，重新判断二极管工作状态，计算电流 I 和电压 U_D。 3.简述稳压二极管与普通二极管的工作状态差异，说明稳压二极管的核心应用场景。 【答案】 一、选择题 1.C 2. B 3. B 4. A 5. B 6. C 二、判断题 1. ×（正向电压需达到死区电压才导通） 2. √ 3. √ 4. ×（导通后正向压降基本恒定，受电流影响极小） 5. √ 6. ×（稳压二极管正常工作为反向偏置，利用反向击穿区稳压） 7. √ 三、分析题 1. 工作状态：二极管正向偏置，导通（硅管阳极电位 5V，阴极电位 0V，差值 5V≥0.7V） 电路电流： 二极管两端电压：（硅管导通压降） 2. 工作状态：二极管反向偏置，截止（阳极电位 0V，阴极电位 5V，反向偏置） 电路电流：（截止后漏电流忽略） 二极管两端电压：（反向承受电源全部电压，负号表示反向偏置） 3. 工作状态差异：普通二极管正常工作利用单向导电性，仅正向偏置导通、反向偏置截止，需避免进入反向击穿区；稳压二极管核心利用反向击穿特性，正常工作为反向偏置并进入反向击穿区，且击穿后不会因过流烧毁（串联限流电阻）。 核心应用场景：制作简易稳压电路，为电路提供稳定的参考电压；用于电路过压保护，抑制瞬间高电压对器件的损坏。 学科网（北京）股份有限公司 R $