不适合。 会杀人的！ （c）
我将尝试说明手指上的二极管，LED以及齐纳二极管的工作原理。 有经验的电子工程师可以跳过本文，因为他们自己不会发现任何新东西。 我将不涉及pn结的电子-空穴电导率理论。 我相信这种学习方法只会使初学者感到困惑。 这是一个纯粹的理论，几乎与实践无关。 但是，对于那些对理论感兴趣的人，我建议
这篇文章 。 欢迎来到猫下的每个人。
这是电子学周期的第二篇文章。 我还建议阅读
第一个 ，它讲述了什么是电流和电压。
二极管是具有2个用于连接的引脚的半导体器件。 简单来说，它是通过将2种具有不同杂质类型的半导体连接在一起而制成的，它们分别称为施主和受主，n和p，因此二极管内部包含一个pn结。 这些发现通常由镀锡铜组成，称为阳极（A）和阴极（K）。 这些术语可以追溯到电子灯的时代，并在书面中用于指示二极管的方向。 图形指定要简单得多。 在实际应用中，二极管的结论名称将被自己记住。
正如我已经写过的，我们将不使用二极管的电子-空穴电导率理论。 我们将这个理论简单地封装到带有两个用于连接的夹子的黑匣子中。 程序员几乎以相同的方式将第三方库的工作封装起来，而无需深入研究其工作细节。 或者，例如，在使用吸尘器时，我们不会详细介绍它的内部布置方式，它只是可以工作，对于我们而言，吸尘器的一项重要特性是吸尘。
考虑二极管的特性，最明显的是：
- 从阳极到阴极，该方向称为直接方向，二极管通过电流。
- 从阴极到阳极，在相反方向上，二极管不通过电流。 （实际上不是。但是稍后会更多。）
- 当电流沿正向流动时，二极管两端会下降一定的电压。
这些属性可能已经为您所熟知。 但是还有一些补充。 什么是直接的，什么是相反的方向？ 当阳极上的电压大于阴极上的电压时，直流电称为此类包含物。 反之则相反。 正向和反向包含是惯例。 在实际电路中，同一二极管上的电压可以从正向变为反向，反之亦然。
仅当阳极处的电压比阴极处的电压高约0.65 V时，硅二极管才开始通过至少任何有效电流。 不，不是那样。 当至少一些电流流动时，二极管上会形成约0.65 V或更高的电压降。
0.65 V的电压称为pn结处的直流电压降。 这只是一个近似平均值，它取决于电流，晶体温度和二极管制造技术。 当流动的电流发生变化时，它会发生非线性变化。 为了以图形方式表明这种非线性，制造商取消了二极管的电流-电压特性。 在大功率高压二极管中，电压降可能大于2、3等。 次。 这意味着几个pn结串联在二极管内部。
要确定电压降，可以以图表形式使用二极管的电流-电压特性（CVC）。 有时，这些图表在实际二极管模型的数据手册中给出，但更多时候没有。 在我遇到的第一个图表上，CVC KD243A如下所示，尽管这并不重要，但它们都差不多。
在图中，Upr是二极管两端的直接压降。 Ipr-流过二极管的电流。 该图显示了当第n个电流流动时，二极管两端的电压降将是多少。 但是，通常情况下，实际的I-V特性未显示在数据列表中，但会指示直流电压降，以某个电流表示。 在英语文献中，电压降称为正向电压。
申请方法
二极管两端的压降对我们来说是一个不好的特性，因为该电压不能做有用的工作，并且会散发在二极管外壳上。 下降越小越好。 通常，二极管上的电压降是根据流过二极管的电流确定的。 例如，打开与负载串联的二极管。 本质上，如果电源是可拆卸的，这将保护电路免于过度处理。 在下图中，将47欧姆电阻用作受保护电路，尽管实际上它可以是任何东西，例如，大电路的一部分。 电源为12 V电池。
假设没有二极管的负载消耗255 mA电流。 在这种情况下，可以根据欧姆定律进行计算：I = U / R = 12/47 = 0.255 A或255 mA。 尽管通常已经知道在真空中球形电路的消耗，但是至少通过电源的最大特性是已知的。 在I – V曲线上，以25度的流动电流0.255 A找到KD243A二极管的压降。 它大约等于0.75V。这0.75 V将落在二极管上，为电路供电，将保持12-0.75 = 11.25 V-有时可能还不够。 作为奖励，您可以根据公式P = I * U = 0.75 * 0.255 = 0.19 W来查找以二极管形式释放的热量和损耗形式的功率，其中I和U是通过二极管的电流以及二极管两端的压降。
I-V曲线不可用时该怎么办？ 例如，对于流行的二极管1n4007，仅以1 A的电流指示正向电压为1 V的正向电压。必须使用该值或测量实际压降。 而且，如果未在任何二极管上指示该值，那么平均电压为0.65 V，实际上，用电路中的电压表测量该电压降要比在图中寻找电压降容易。 我认为无需解释说，如果有恒定电流流过二极管，则电压表应以恒定电压开启，并且探头应接触二极管的阳极和阴极。
关于其他特征
在上一个示例中，如果将电池翻转过来，我的意思是改变极性，请参见下图，电流将不会流过，并且在最坏的情况下，二极管两端的压降将为12 V-电池电压。 最主要的是，该电压不超过我们二极管的击穿电压，它是反向电压，它也是击穿电压。 还有一个重要的条件是：通过二极管的正向电流没有超过二极管的额定电流，它也是正向电流。 这是选择二极管的两个主要参数：正向电流和反向电压。
有时，数据列表还会指示二极管的功耗或额定功率（功耗）。 如果有指示，则不得超过。 如何计算它，我们已经找到了前面的示例。 但是，如果未显示电源，则需要浏览当前电源。
他们说，在相反的方向上，流过二极管的电流不会很好地流动或几乎不会流动。 实际上，有泄漏电流流过，英语文献中为反向电流。 该电流很小，从低功率二极管的几纳安到强大的二极管的几百安培。 另外，该电流取决于温度和施加的电压。 例如，在大多数情况下，泄漏电流没有任何作用，例如，如前一个示例，但是当您使用纳安培并在运算放大器的输入端放置某种保护二极管时，可能会发生哦...该电路的行为会大不相同，如我所想。
二极管也具有一些小的杂散电容。 即，实际上，这是与二极管并联连接的电容器。 当二极管工作在数十兆赫兹或几百兆赫兹的电路中时，在快速过程中必须考虑该电容。
还有一些关于“面值”的词。 通常，额定电流和电压表示如果超过这些参数，则除非另有说明，否则制造商不保证产品的运行。 这适用于所有电子元件，而不仅仅是二极管。
还有什么可以做的
二极管有许多应用。 无线电电子工程师通常是从其他电路块（即所谓的建筑用砖）中发明自己的电路。 这里有一些选择。
例如，用于保护数字或模拟输入免受过电压影响的电路：
在正常工作期间，该电路中的二极管不会通过电流。 仅泄漏电流。 但是当输入端出现正半波的过压时，即 输入电压大于Upit加上二极管两端的直接压降，上方的二极管断开，输入靠近电源总线。 如果出现负半波电压，则下部二极管断开，输入接地。 顺便说一下，在该电路中，二极管的泄漏和电容越小越好。 通常，这种保护方案已经存在于芯片内部的所有现代数字微电路中。 TVS二极管的外部功能强大的组件可保护例如主板上的USB端口。
您也可以用二极管组装整流器。 这是一种非常常见的电路，几乎所有读者都没有听说过。 整流器是半波，半波和桥式。 当我们考虑防止超车时，我们已经在第一个长期遭受苦难的例子中遇到了半波整流器。 除了电池上的正极外，它没有任何特殊的优势。 在实践中限制了半波整流器电路应用的最重要的缺点之一：该电路仅在正半波电压下工作。 负电压完全切断，电流不流动。 “那又怎样？”您说，“我将拥有足够的力量！” 但是不，如果这样的整流器位于变压器之后，那么电流将仅在一个方向上流过变压器的绕组，因此，变压器铁将被额外磁化。 变压器可能会进入饱和状态，并晒得比预期更多。
两半波整流器没有这个缺点，但是它们需要变压器绕组的平均输出。 在此，在交流电压为正极性的情况下，上部二极管断开，而在负极性的情况下，下部二极管断开。 变压器的效率未得到充分利用。
桥接电路都没有这两个缺点。 但是现在，在任何时候，电流路径中都包含两个二极管：一个直接二极管和一个反向二极管。 二极管两端的压降加倍，不是0.65-1V，而是平均1.3-2V。 给定该压降，考虑整流电压。
例如，我们需要获得18伏的整流电压，为此选择哪个变压器？ 18伏加上二极管上的压降平均为1.4 V，等于19.4V。从
上一篇文章中我们知道，交流电压在根部的幅度值是其实际值的2倍。 因此，在变压器的次级电路中，交流有效电压为19.4 / 1.41 = 13.75V。 考虑到网络中的电压可以上升到10％，并且在负载下电压也会下降一点，我们将选择230/15 V的变压器。
我们需要的变压器功率可以通过负载电流来计算。 例如，我们要将一安培的负载连接到变压器。 这是有余量的。 始终留下20-40％的少量利润。 仅通过功率公式，您可以找到P = U * I = 15 * 1 = 15 VA，其中U和I是次级绕组的电压和电流。 如果有多个次级绕组，则它们的容量相加。 再加上转换损耗和余量，因此选择20-40 VA变压器。 尽管通常在出售变压器时会标出次级绕组的电流，但检查总功率不会受到损害。
在整流桥之后，需要一个平滑电容器，图中未显示。 不要忘记他！ 有一些聪明的公式可以根据纹波数来计算该电容器，但我建议遵循以下规则：每安培电流消耗放置一个10000 F的电容器。 电容器电压应不小于空载整流电压。 在此示例中，您可以使用标称值为25V的电容器。
在此电路中，我们选择二极管的电流> = 1A，反向电压的裕度大于19.4 V，例如50-1000V。可以使用肖特基二极管。 这些是相同的二极管，只是压降很小，通常为数十毫伏。 但是肖特基二极管的缺点是，它们不是在或多或少的高于100V的高压下产生的。 更准确地说，它们是最近发布的，但是它们的价格却很高，优势并不明显。
发光二极管
它的内部布置与二极管完全不同，但是具有相同的特性。 仅当电流沿正向流动时发光。
与二极管的所有区别都在于某些特性。 最重要的是直接压降。 它比常规二极管的0.65 V大得多，并且主要取决于LED的颜色。 从红色开始，其电压降平均为1.8 V，最后以白色或蓝色LED（电压降约为3.5 V）结束。但是，在不可见光谱中，这些值更宽。
实际上，此处的电压降是二极管的最小点火电压。 在较低的电压下，电源将没有电流，二极管也将不会点亮。 对于强大的照明LED，压降可能为数十伏，但这仅意味着晶体内部有许多串联-并联的二极管组件。
但是，现在让我们谈谈最简单的指示灯LED。 它们在各种情况下生产，最常见的是半圆形，直径为3、5、10毫米。
任何二极管都会根据流动的电流发光。 实际上，这是当前设备。 电压降是自动获得的。 我们自己设定电流。 现代指示器二极管或多或少开始以1 mA的电流发光，而在10 mA的电流下，眼睛已经烧坏。 对于功能强大的发光二极管，您需要查看文档。
LED应用
仅具有合适的电阻器，您可以设置通过二极管的所需电流。 当然，您还需要直流电源，例如4.5 V电池或任何其他电源。
例如，我们设置通过红色LED的电流为1 mA，电压降为1.8V。
该图显示了节点电位，即 电压相对于零。 拨码模式下的万用表可以向哪个方向打开LED最好的信息，因为有时会碰到带有混合支脚的中国LED。 当以正确的方向触摸万用表探针时，LED应当变暗。
由于使用了红色LED，因此电阻上的压降为4.5-1.8 = 2.7V。 这是第二基尔霍夫定律所知：电路连续部分的电压降之和等于电池EMF，即 2.7 + 1.8 = 4.5V。 为了将电流限制为1 mA，根据欧姆定律的电阻器必须具有电阻R = U / I = 2.7 / 0.001 = 2700 Ohms，其中U和I是电阻器两端的电压和我们需要的电流。 不要忘记将这些值转换为SI单位，安培和伏特。 由于输出电阻值是标准化的，因此我们选择最接近的标准额定值为3.3 kOhm。 当然，电流会发生变化，并且可以根据欧姆定律I = U / R重新计算。但这通常并不重要。
在该示例中，由电池供应的电流很小，从而可以忽略电池的内部电阻。
使用LED，一切都一样，只有电流和电压更高。 但有时它们不再需要电阻，则需要查看文档。
关于LED的其他信息
实际上，光是LED的主要目的。 但是还有另一个应用程序。 例如，LED可以充当参考电压源。 例如，它们是获得电流源所必需的。 作为参考电压的源，使用了噪声较小的红色LED。 如上例所示，它们包含在电路中。 由于电池电压相对恒定，流经电阻器和LED的电流也恒定，因此电压降保持恒定。 从LED的阳极（1.8V）开始抽头，并将该参考电压用于电路的其他部分。
为了使用电源（而不是电阻器）的脉动电压更可靠地稳定LED上的电流，将电流源放置在电路中。 但是电流源和电压基准源是另一篇文章的主题。 也许有一天我会写。
齐纳二极管
在英语文献中，齐纳二极管称为齐纳二极管。 一切都与二极管相同，直接连接。 但是现在我们只讨论反向切换。 在齐纳二极管上一定电压作用下的反向夹杂中，发生可逆击穿。 电流开始流动。 这种击穿是完全标准的，齐纳二极管的工作模式与二极管相反，后者达到额定反向电压时，二极管完全失效。 同时，击穿模式中流过齐纳二极管的电流可能会发生变化，并且齐纳二极管两端的电压降几乎保持不变。
这给了我们什么？ 实际上，它是一种低压稳压器。 齐纳二极管具有与二极管相同的特性，此外还添加了稳定电压Ust或标称齐纳电压。 以一定的稳定电流Ist或测试电流表示。 此外，在齐纳二极管的文档中还指出了最小和最大稳定电流。
当电流从最小值变为最大值时，稳定电压有些浮动，但略有浮动。请参阅电流-电压特性。齐纳二极管的工作区域以绿色标记。该图显示工作区域上的电压几乎没有变化，通过齐纳二极管的电流变化范围很大。要进入工作区域，我们需要将齐纳电流设置在[Ist。分钟-Ist。使用电阻器的方式与示例中使用LED的方式相同（顺便说一句，也可以使用电流源）。只是，与LED不同，齐纳二极管沿相反的方向导通。电流低于Ist。min齐纳二极管将不会打开，但超过Ist。最大-发生不可逆的热击穿，即 齐纳二极管将简单地燃烧。齐纳二极管的计算
考虑我们计算出的变压器电源的示例。我们提供的电源至少可产生18 V的电压（实际上，由于变压器为230/15 V，因此还有更多的电源，最好在实际电路中对其进行测量，但这不是重点），能够提供1 A的电流。有必要为负载供电消耗50 mA稳定的15 V电压（例如，让它成为某种抽象运算放大器-运算放大器，它们具有大致相同的消耗）。选择这样的弱负载是有原因的。齐纳二极管是非常低功率的稳定器。它们的设计必须使整个负载电流加上最小稳定电流Ist都能通过它们而不会过热。分钟这是必需的，因为电阻器R1之后的电流在齐纳二极管和负载之间分配。在负载中，电流可能不稳定，或者负载可能会完全从电路中断开。实际上，它是一个平行稳定器，即所有未流入负载的电流将由齐纳二极管吸收。就像基尔霍夫的第一定律I = I1 + I2，只是在这里I = Inagr + Ist。分钟因此，我们选择稳压电压为15 V的齐纳二极管。要设置通过齐纳二极管的电流，始终需要一个电阻器（或电流源）。在电阻R1上，18-15 = 3 V下降，电流I流过电阻R1。 + Ist。分钟我们接受min = 5 mA，这对于稳定电压高达100 V的所有齐纳二极管来说，这大约是足够的电流。高于100 V时，您可以承受1 mA或更少的电流。您可以服用Ist。分钟和更多时间，但仅加热齐纳二极管是没有用的。因此，流经R1的Ir1 = Inagr。 + Ist。 min = 50 + 5 = 55 mA。根据欧姆定律，我们发现电阻R1 = U / I = 3 / 0.055 = 54.5 Ohms，其中U和I是电阻两端的电压和流经电阻的电流。让我们从最近的标准范围选择一个47欧姆的电阻，流过齐纳二极管的电流会更大一些，但这没关系。甚至可以计算出总电流：Ir1 = U / R = 3/47 = 0.063A，则齐纳二极管的最小电流为：63-50 = 13 mA。功率电阻器R1：P = U * I = 3 * 0.063 = 0.189 W.我们选择0.5瓦的标准电阻。顺便说一句，我建议您不要将电阻的功率超过Pmax / 2左右，因为它们的寿命更长。齐纳二极管上也会散发热量形式的功率，在最坏的情况下，它等于P = Ust *（Inag + Ist。）= 15 *（0.050 + 0.013）= 0.945W。齐纳二极管是用不同的功率生产的，最接近的功率为1W，但是功耗约为1W的外壳温度大约为125摄氏度，最好采用3瓦的余量。齐纳二极管的释放功率为0.25、0.5、1、3、5瓦特等。Google的第一个请求“ Zener diode 3W 15V”发布了1N5929BG。接下来，查找“数据表1N5929BG”。根据数据表，它的最小稳定电流为0.25 mA，小于13 mA，最大电流为100 mA，大于63 mA，即适合其操作模式，因此适合我们。通常，这是整个计算。是的，稳定器不是理想的，其内部电阻不为零，但是它简单而便宜，并且可以在指定的电流范围内工作。而且，由于它是并联稳定器，因此电源电流将恒定。通过使用晶体管给齐纳二极管供电，可以获得更强大的稳定器，但这是下一篇有关晶体管的文章的主题。通常，用常规的万用表检查齐纳二极管是否击穿。对于或多或少的高压齐纳二极管，探头上的电压根本不够。唯一可以做的就是在正向存在普通二极管导电性的情况下将其振铃。但这间接地保证了设备的可操作性。齐纳二极管也可以用作参考电压源，但噪声很大。为此，生产了特殊的低噪声齐纳二极管，但据我了解，它们的价格超过了一块硅片的价格，最好多花一点钱购买具有最佳参数的集成源。还有许多类似于二极管的半导体器件：晶闸管（受控二极管），三端双向可控硅开关元件（对称晶闸管），变阻器（仅在达到一定电压时才打开脉冲），压敏电容器（可变电容）等。当构建受控整流器或有源负载调节器时，您将需要电力电子领域中的第一个。而且我还没有遇到过10年，所以我把这个话题留给Wiki上的独立阅读，至少是关于晶闸管的。