1-3 二极管的基本应用《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 1-3 二极管的基本应用 【考纲要求】 （1）理解二极管在整流、检波、限幅等电路中的基本应用 （2）能分析简单二极管应用电路的工作原理 【知识网络】 【知识和技能要点】 一、整流电路 —— 交流电转直流电的核心 整流电路利用二极管正向导通、反向截止的单向导电性，将大小和方向周期性变化的交流电转换为单向脉动的直流电，是直流电源的基础电路，常见有半波整流和桥式整流两种基本形式（硅管为核心器件）。 1. 半波整流电路 电路结构：交流电源、整流二极管、负载电阻串联； 工作原理：交流电压正半周时，二极管正向偏置导通，电流通过负载，负载获得正向电压；交流电压负半周时，二极管反向偏置截止，负载无电流，电压为 0； 特点：电路简单、元件少；输出直流脉动大，电压利用率低（仅利用交流半个周期）。 2. 桥式整流电路（整流桥） 电路结构：4 只整流二极管组成电桥结构，交流电源接电桥对角，负载接另一对角； 工作原理：交流正半周，2 只二极管导通，电流从负载一端流向另一端；交流负半周，另外 2 只二极管导通，电流仍从负载同一端流向另一端； 特点：输出直流脉动小，电压利用率高（利用交流全周期）；是电源适配器、充电器的主流整流电路。 二、检波电路 —— 调制波的信号提取 检波电路又称解调电路，利用二极管的单向导电性和非线性特性，从高频调制波（高频载波 + 低频信号）中提取出低频有用信号，是收音机、对讲机等通信接收设备的核心电路，以串联检波电路为基础。 核心工作原理 1. 高频调制波输入后，正半周二极管导通，给电容充电（充电速度快）； 2. 负半周二极管截止，电容通过负载电阻缓慢放电； 3. 电容充放电的过程中，其两端电压跟随低频信号的变化而波动，滤除高频载波，最终输出低频信号。 关键元件 串联小电容（通高频、隔直流）、并联负载电阻 + 电容（滤高频、保低频），二极管选用高频检波管（结电容小，响应速度快）。 三、限幅电路 —— 电压幅值的限制保护 限幅电路又称钳位电路，利用二极管导通后正向压降恒定的特性，将电路中某点的电压限制在预设的最大值或最小值，防止因电压过高 / 过低损坏后续电路器件，分为上限幅、下限幅、双向限幅三种。 1. 上限幅电路 电路结构：二极管阴极接参考电压，阳极接被限幅电压端，并联负载； 工作原理：当输入电压（硅管），二极管导通，输出电压（被限制在上限）；当，二极管截止，（无限制）。 2. 下限幅电路 电路结构：二极管阳极接参考电压，阴极接被限幅电压端，并联负载； 工作原理：当输入电压（硅管），二极管导通，输出电压（被限制在下限）；当，二极管截止，（无限制）。图中若A点UA=0，二极管D正偏导通，压降很小，所以F点的电位也被钳制在0V左右，即UF近似为0。 3. 双向限幅电路 电路结构：由上限幅和下限幅二极管组合而成，双向限制输入电压； 工作原理：输入电压过高时上限幅二极管导通，过低时下限幅二极管导通，输出电压被限制在上下限之间，适用于需要双向过压保护的电路。 下图为一正、负对称限幅电路:ui=10sinωt（V），US1=US2=5V。可见，如忽略二极管正向导通压降，输出被限制在大约±5V之间。 四、二极管开关电路 —— 数字电路的通断控制 利用二极管导通（通）、截止（断）的状态切换，实现电路的开关控制，是数字电路中最基础的开关元件，二极管选用开关二极管（导通 / 截止切换速度快，反向恢复时间短）。 基本工作原理 1. 导通（开）：二极管加正向电压（≥0.7V），正向偏置导通，电路形成通路，近似为闭合的开关（带 0.7V 压降）； 2. 截止（关）：二极管加反向电压，反向偏置截止，电路无电流，近似为断开的开关（漏电流忽略）。 特点 电路结构简单，响应速度快；缺点是导通时有正向压降，适用于低电压、小电流的开关场景。 五、续流保护电路 —— 感性负载的防护 电感、继电器、电磁阀等感性负载在断电时，会产生高幅值的反向电动势，容易击穿电路中的开关器件（如三极管、晶闸管），续流保护电路通过在感性负载两端反向并联二极管，为反向电动势提供泄放回路，实现器件保护。如图所示： 核心工作原理 1. 负载正常工作时，二极管加反向电压，反向偏置截止，不影响电路工作； 2. 负载断电瞬间，产生反向电动势，二极管正向偏置快速导通，形成续流回路，反向电动势通过二极管和负载自身消耗，避免加在开关器件两端造成击穿。 选型要点 二极管选用整流二极管（能承受较大的续流电流），反向耐压值高于感性负载的工作电压。 六、二极管应用电路的核心分析方法 1. 判状态：根据电路输入电压 / 信号，判断二极管的阳极、阴极电位，确定其正向偏置导通或反向偏置截止（硅管按 0.7V 导通压降判断）； 2. 析功能：结合二极管的应用类型（整流 / 检波 / 限幅等），分析导通 / 截止状态下电流的流向或电压的变化； 3. 算参数：导通时按正向压降 0.7V 简化计算，截止时忽略反向漏电流（电流为 0），计算负载的电压、电流等关键参数； 4. 总结果：总结电路在不同输入条件下的输出特性，验证是否匹配该应用的核心功能。 【练习题】 一、选择题 1. 桥式整流电路相比半波整流电路，最主要的优点是（） A. 电路结构更简单 B. 输出直流脉动小，电压利用率高 C. 仅用 1 只二极管 D. 无需负载电阻 2. 二极管检波电路的核心功能是（） A. 将交流电转直流电 B. 从高频调制波提取低频信号 C. 限制电路电压幅值 D. 实现电路通断控制 3. 硅管组成的上限幅电路，参考电压，则输出电压的上限约为（） A. 2V B. 1.3V C. 2.7V D. 0.7V 4. 感性负载两端反向并联二极管的主要目的是（） A. 整流 B. 检波 C. 限幅 D. 续流保护，抑制反向电动势 5. 分析二极管应用电路的第一步是（） A. 计算负载电流 B. 判断二极管的导通 / 截止状态 C. 测量输出电压 D. 选择二极管型号 二、判断题 1. 半波整流电路仅利用了交流电的正半周，负半周无输出。（） 2. 检波电路中，电容的作用是滤除低频信号，保留高频载波。（） 3. 双向限幅电路可同时限制输入电压的最大值和最小值。（） 4. 二极管开关电路导通时，两端电压为 0V，与理想开关一致。（） 5. 继电器两端并联的续流二极管，在继电器正常工作时处于导通状态。（） 三、分析题 1. 分析半波整流电路的工作过程：已知交流输入电压，二极管为硅管，结合二极管特性说明负载两端的电压变化规律。 2. 硅管组成的下限幅电路，参考电压，当输入电压分别为 5V、2V 时，判断二极管的工作状态，并计算输出电压。 3. 说明电感负载续流保护电路的工作原理：为什么二极管要反向并联在电感两端，正向并联是否可行？ 【答案】 一、选择题 1. B 2. B 3. C 4. D 5. B 二、判断题 1. √ 2. ×（电容的作用是滤除高频载波，保留低频有用信号） 3. √ 4. ×（硅管导通时有 0.7V 正向压降，与理想开关有差异） 5. ×（继电器正常工作时，二极管反向偏置处于截止状态） 三、分析题 1. 半波整流电路工作过程： ① 交流电压正半周（）：二极管阳极电位高于阴极，正向偏置导通，电流通过负载，负载两端电压近似等于交流输入电压（扣除 0.7V 导通压降，可忽略），即； ② 交流电压负半周（）：二极管阳极电位低于阴极，反向偏置截止，负载无电流，两端电压； ③ 整体规律：负载两端仅在交流正半周有正向脉动电压，负半周无输出，实现交流电到单向脉动直流电的转换。 2. 下限幅电路分析（硅管导通压降 0.7V）： ① 当时，，二极管反向偏置截止，输出电压（无限制）； ② 当时，，二极管正向偏置导通，输出电压被限制在下限，。 3. 电感续流保护电路原理及并联方式分析： ① 工作原理：电感正常通电时储存磁场能，断电瞬间磁场能快速释放，产生与原电流方向相同的反向电动势，若无泄放回路，反向电动势会加在电路开关器件两端造成击穿；反向并联的二极管在断电时，被反向电动势正向偏置，快速导通形成续流回路，将磁场能转化为电能消耗，抑制反向电动势； ② 正向并联不可行：若二极管正向并联在电感两端，电感正常工作时，二极管被正向偏置导通，会将电感短路，导致电感无电流通过，无法正常工作；只有反向并联，才能保证电感正常工作时二极管截止，断电时二极管导通实现续流保护。 学科网（北京）股份有限公司 $