二极管是一种常用的具有一个PN结的半导体器件,具有单向导电的特性,通过二极管的电流只能沿一个方向流动。二极管只有在所加正向电压达到某一定值后才能导通。为了防止使用时极性接错,管壳上标有明显的符号或色点,符号箭头指示方向为正向,色点或色环则表示该端为负极。其电路图形符号如图2-19所示,在电路图中常用字母VD或D表示。
图2-19 二极管的电路图形符号
在电子产品中,二极管的类型多种多样,图2-20为家电产品中常见的几种二极管实物外形。
图2-20 常见的几种二极管实物外形
二极管具有正向导通、反向截止的重要特性。也就是说,在一般情况下只允许电流从正极流向负极,而不允许电流从负极流向正极。除了具有单向导通的特性外,二极管在电子产品中还具有整流、检波、开关的作用。
根据二极管的单向导电特性,可以利用二极管组成整流电路,将交流电压变成单向脉动电压。常见的整流电路有半波整流、全波整流和桥式整流等。
图2-21为二极管的整流功能图。交流是电流交替变化的电流,如水流推动水车一样,交变的水流会使水车正向、反向交替运转,如图(a)所示。在水流的通道中设一闸门,正向水流时闸门打开,水流推动水车运转。如果水流反向流动时,闸门自动关闭,如图(b)所示。水不能反向流动,水车也不会反转。在这样的系统中,水只能正向流动,这就是整流的功能。
图2-21 二极管的整流功能图
图2-22为半波整流电路。由于二极管具有单向导电特性,在交流电压处于正半周时,二极管导通;在交流电压负半周时,二极管截止,因而交流电经二极管VD整流后,原来的交流波形变成了缺少半个周期的波形,称之为半波整流。经二极管VD整流出来的脉动电压再经RC滤波器滤波后即为直流电压。
图2-22 半波整流电路
图2-23为全波整流电路。该电路是以变压器的次级绕组中间抽头为基准做成的电路。变压器次级线圈由抽头分成上下两个部分,组成两个半波整流。VD1对交流电正半周电压进行整流;二极管VD2对交流电负半周电压进行整流,最后得到两个合成的电流,称为全波整流。
图2-23 全波整流电路
在很多电子产品中,为了减小电路板的体积,并避免制造变压器中间抽头的麻烦,常采用4个二极管组成的桥式整流堆来实现全波整流,如图2-24所示。电路中,交流电正半周,电流 I 1 经VD2、负载R、VD4形成回路,负载上的电压 U R 为上正下负;交流电负半周时,电流 I 2 经VD3、负载R、VD1形成回路,负载上的电压 U R 仍为上正下负,这样整流堆输入的是交流电压,输出的则是直流电压,从而实现了全波整流。
图2-24 桥式整流电路
图2-25为超外差收音机检波电路。第二中放输出的调幅波加到二极管VD的负极,由于二极管的单向导电特性,其负半周调幅波通过二极管后,正半周被截止,输出的调幅波只有负半周。负半周的调幅波再由RC滤波器滤除其中的高频成分,电容C3阻止其中的直流成分,输出的是调制在载波上的音频信号。该过程被称为检波。
图2-25 超外差收音机检波电路
在开关电路中,由于二极管具有单向导电性,当开关接+9V时,二极管VD正极接+9V,VD导通,输入端(IN)信号可以通过二极管VD到达输出端(OUT);当开关接-9V时,二极管VD正极接-9V,VD截止,输入端(IN)与输出端(OUT)之间的通路被切断。图2-26为二极管的开关作用。
图2-26 二极管的开关作用
在识读电路图时,二极管的标识主要有二极管名称、材料/极性、类型、序号、规格号等相关信息。识读二极管的标识信息对分析、检修电路十分重要。图2-27为典型整流电路中二极管的电路标识。
图2-27 二极管的电路标识