二极管
本帖最后由 能量海 于 2017-8-11 07:14 编辑
第十二章：基础电子学
二极管
一直被展示、但未曾叙述的一个元件是二极管或“整流器”。这是一种电流在一个方向流动有着非常高的阻值、而在相反方向上流动的阻值极低的装置。晶体管的基极/发射极结是一个有效的二极管——而且在不得已时，可以这样用。低价购买适当的二极管，并且比晶体管的基极/发射极结具有高得多的电压和电流处理能力。
二极管主要由两种材料中的一种——锗和硅——制成。锗二极管用很小的交变电流，如空中的无线电信号。这是因为锗二极管只需要0.2伏左右去携带电流，而硅需要0.6至0.7伏（与硅晶体管基极/发射极结相同）。锗二极管（和晶体管）对温度变化非常敏感，因此一般只限于低功率电路。对于硅二极管一个非常简洁的应用是作为一个“不间断电源”，以瞬间抓住市电断电故障：
在这个该电路中，市电电压驱动在点“A”产生12伏的电源单元。这给负载提供了电流。二极管在点“A”有+12伏和在点“B”有+12伏，所以两端没有电压降，而且它也不会向任何方向运送电流。这意味着，当市电正在工作时，电池被有效隔离。如果电源单元的输出升至超出其12伏的设计电位，则二极管会阻止它输送电流进入电池。
如果市电出现故障，电源单元（“PSU”）输出将下降到零。如果没有电池和二极管，点“A”的电压将下降到零，这将使负载掉电，并可能导致严重问题。例如，如果负载是你的电脑，市电故障可能导致你丢失重要数据。用这类备用电池，你将有时间保存数据，并在电池用完之前关闭您的计算机。
电路以一种非常简单的方式工作。一旦在点“A”上的电压下降到0.7伏，低于点“B”上的+12伏，二极管开始从电池向负载馈送电流。这发生少于百万分之一秒，所以负荷不会失去电流。增加一个警示灯和/或蜂鸣器表明市电源已失效还是值得的。
二极管还打包为二极管桥供货——用四个二极管封装在内。通常用于电源整流，它们不是特别地快速作用二极管，但价格便宜，可以承载大量的电流。常见的大小是用额定1000伏并能携带35安培的二极管。虽然有很多封装类型，一个非常常见的封装看起来像这样：
交变信号被连接在两个对角之间，而脉冲直流从另两个端子取出。在这张照片中没有看到上面所示的、通常标示在平面上的符号。封装在中央有一个孔，使金属外壳可以用螺栓固定在散热片上，以当承载大电流时保持设备适度冷却。封装内的连接是这样的：
可以用不同的方式连接桥，并用它作为一个更高电压的倍增二极管配置，如下所示：
通过能够漏过交变电流并只连接到正号和负号端子，如果二极管串联连接，则封装提供两对。这使得电压处理两次，在电流路径和额定电流处理能力方面，现在在这两个路径中彼此相连，这使电流处理能力加倍。该图显示了三个普通的、便宜的1000伏35安培的桥如何连接能得到一个70安培6000伏的复合二极管。如果你愿意的话，你也可以，通过用它们中的四个，把1000伏35安的二极管桥提高到2000伏70安，就像这样：
二极管的规格用电压处理能力用及其载电流容量和它们能切换导通和关闭的速度来指定。对于电源其频率是非常低的，任何二极管都行，但有电路需要每秒开关成千上万次，所以需要检查二极管说明书来看看什么频率可以用任何特定的二极管处理。这些数据一览表可以这里免费下载：。
对于某些电路另一个需要检查的是让二极管导通所需的电压。制造二极管时使用两种常见的材料是硅和锗。锗类型通常有一个大约0.2伏的低正向电压，其中硅普遍有大约0.6伏的阈值。这些电压数字随着电流通过二极管的增加而变化很大。用非常低电压的电路需要锗二极管，如1N34。
发光二极管
有一种广泛应用的二极管的变型是非常有用的，而这就是发光二极管或“LED”（Light Emitting Diode）。这是一种承载电流时发出光线的二极管。市面上有红、绿、蓝、黄或白光等型号。如果电流以不同的电气连接通过它们，有些型号可以显示多种颜色的光。
LED在大约8或10毫安电流得到的是微光，而在20到30毫安时得到的是强光。如果它们用12伏系统，那么就有必要串联1K至330欧姆的电阻。LED是可靠的设备，不受冲击和振动影响。它们有不同直径，而较大的尺寸比那些小型的明显得多。
闸流管 (SCR)和三端双向可控硅
二极管的另一种版本是可控硅整流器或“闸流管”。这种装置不承载电流——直到它的栅极接收到一个输入电流。这恰好和晶体管的运行一样，但闸流管一旦接通，就持续保持——即使栅极信号被移开。它一直保持导通，直到通过闸流管的电流被强制为零，通常由它两端的电压移除。闸流管常用以交流电压（如下所述），而这导致闸流管关闭——如果栅极输入被移除。闸流管只在正压上运行，所以它们未能利用来自交流电源的可用功率一半。闸流管的一种更先进的版本是“三端双向可控硅”，它与闸流管以相同的方式运行，但即能处理正电压，也能处理负电压。
光隔离器
LED的另一个非常有用的变型是光隔离器。这种装置是一个完全封闭的LED和光敏晶体管。当LED被加电时，它切换晶体管导通。这种装置的重要优势是，LED可以在低电压、小功率传感电路中，而晶体管可以在一个完全独立的、高电压、大功率的电路里。光隔离器使两个电路彼此完全隔离。这是一种非常有用、并且非常普遍的、低成本的设备。
第十二章：基础电子学
二极管
一直被展示、但未曾叙述的一个元件是二极管或“整流器”。这是一种电流在一个方向流动有着非常高的阻值、而在相反方向上流动的阻值极低的装置。晶体管的基极/发射极结是一个有效的二极管——而且在不得已时，可以这样用。低价购买适当的二极管，并且比晶体管的基极/发射极结具有高得多的电压和电流处理能力。
二极管主要由两种材料中的一种——锗和硅——制成。锗二极管用很小的交变电流，如空中的无线电信号。这是因为锗二极管只需要0.2伏左右去携带电流，而硅需要0.6至0.7伏（与硅晶体管基极/发射极结相同）。锗二极管（和晶体管）对温度变化非常敏感，因此一般只限于低功率电路。对于硅二极管一个非常简洁的应用是作为一个“不间断电源”，以瞬间抓住市电断电故障：
在这个该电路中，市电电压驱动在点“A”产生12伏的电源单元。这给负载提供了电流。二极管在点“A”有+12伏和在点“B”有+12伏，所以两端没有电压降，而且它也不会向任何方向运送电流。这意味着，当市电正在工作时，电池被有效隔离。如果电源单元的输出升至超出其12伏的设计电位，则二极管会阻止它输送电流进入电池。
如果市电出现故障，电源单元（“PSU”）输出将下降到零。如果没有电池和二极管，点“A”的电压将下降到零，这将使负载掉电，并可能导致严重问题。例如，如果负载是你的电脑，市电故障可能导致你丢失重要数据。用这类备用电池，你将有时间保存数据，并在电池用完之前关闭您的计算机。
电路以一种非常简单的方式工作。一旦在点“A”上的电压下降到0.7伏，低于点“B”上的+12伏，二极管开始从电池向负载馈送电流。这发生少于百万分之一秒，所以负荷不会失去电流。增加一个警示灯和/或蜂鸣器表明市电源已失效还是值得的。
二极管还打包为二极管桥供货——用四个二极管封装在内。通常用于电源整流，它们不是特别地快速作用二极管，但价格便宜，可以承载大量的电流。常见的大小是用额定1000伏并能携带35安培的二极管。虽然有很多封装类型，一个非常常见的封装看起来像这样：
交变信号被连接在两个对角之间，而脉冲直流从另两个端子取出。在这张照片中没有看到上面所示的、通常标示在平面上的符号。封装在中央有一个孔，使金属外壳可以用螺栓固定在散热片上，以当承载大电流时保持设备适度冷却。封装内的连接是这样的：
可以用不同的方式连接桥，并用它作为一个更高电压的倍增二极管配置，如下所示：
通过能够漏过交变电流并只连接到正号和负号端子，如果二极管串联连接，则封装提供两对。这使得电压处理两次，在电流路径和额定电流处理能力方面，现在在这两个路径中彼此相连，这使电流处理能力加倍。该图显示了三个普通的、便宜的1000伏35安培的桥如何连接能得到一个70安培6000伏的复合二极管。如果你愿意的话，你也可以，通过用它们中的四个，把1000伏35安的二极管桥提高到2000伏70安，就像这样：
二极管的规格用电压处理能力用及其载电流容量和它们能切换导通和关闭的速度来指定。对于电源其频率是非常低的，任何二极管都行，但有电路需要每秒开关成千上万次，所以需要检查二极管说明书来看看什么频率可以用任何特定的二极管处理。这些数据一览表可以这里免费下载：。
对于某些电路另一个需要检查的是让二极管导通所需的电压。制造二极管时使用两种常见的材料是硅和锗。锗类型通常有一个大约0.2伏的低正向电压，其中硅普遍有大约0.6伏的阈值。这些电压数字随着电流通过二极管的增加而变化很大。用非常低电压的电路需要锗二极管，如1N34。
发光二极管
有一种广泛应用的二极管的变型是非常有用的，而这就是发光二极管或“LED”（Light Emitting Diode）。这是一种承载电流时发出光线的二极管。市面上有红、绿、蓝、黄或白光等型号。如果电流以不同的电气连接通过它们，有些型号可以显示多种颜色的光。
LED在大约8或10毫安电流得到的是微光，而在20到30毫安时得到的是强光。如果它们用12伏系统，那么就有必要串联1K至330欧姆的电阻。LED是可靠的设备，不受冲击和振动影响。它们有不同直径，而较大的尺寸比那些小型的明显得多。
闸流管 (SCR)和三端双向可控硅
二极管的另一种版本是可控硅整流器或“闸流管”。这种装置不承载电流——直到它的栅极接收到一个输入电流。这恰好和晶体管的运行一样，但闸流管一旦接通，就持续保持——即使栅极信号被移开。它一直保持导通，直到通过闸流管的电流被强制为零，通常由它两端的电压移除。闸流管常用以交流电压（如下所述），而这导致闸流管关闭——如果栅极输入被移除。闸流管只在正压上运行，所以它们未能利用来自交流电源的可用功率一半。闸流管的一种更先进的版本是“三端双向可控硅”，它与闸流管以相同的方式运行，但即能处理正电压，也能处理负电压。
光隔离器
LED的另一个非常有用的变型是光隔离器。这种装置是一个完全封闭的LED和光敏晶体管。当LED被加电时，它切换晶体管导通。这种装置的重要优势是，LED可以在低电压、小功率传感电路中，而晶体管可以在一个完全独立的、高电压、大功率的电路里。光隔离器使两个电路彼此完全隔离。这是一种非常有用、并且非常普遍的、低成本的设备。
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