连载11二极管的应用概述学单片机

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本资料以个人学习、工作经验以及宏晶科技单片机技术为素材，以单片机初学者、单片机项目开发者为对象，教大家如何走进单片机，继而达到开发工程项目（如：四轴飞行器设计，多功能收音机等）为目的。限于时间和水平关系，资料中难免有过失之处，望各位高手批评指教，多多拍砖，拍累了，你们休息，我继续上路。

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作者

残弈悟恩

编辑

Garen

几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。这里残弈悟恩不从原理去讲二极管了，而就单片机电路设计中常用的几点做简要说明，图3-10为二极管实物图。

图3-10二极管实物图

二极管的特性

二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。

1．正向特性。在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能正向导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变，当然也有变化，这个变化就是由二极管“正向压降”（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V）所产生的。

2．反向特性。在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。

用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数：

（1）额定正向工作电流是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。因为电流通过管子时会使管芯

发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以，二极管使用中不要超过二极管额定正向工作电流值。例如，常用的IN

－型锗二极管的额定正向工作电流为1A。

（2）最高反向工作电压加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保

证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN二极管反向耐压为50V，IN反向耐压为V。

（3）反向电流反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反

向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为μA，温度升高到35，反向电流将上升到μA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5μA，温度升高到75时，反向电流也不过μA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。

作为初学者在业余使用二极管时，首先必须得测试一下管子的好坏，但网上、书上大多讲述的是用指针万用表测试的方法，可读者现在大多都用的是数字万用表，残弈悟恩总结一下如何用数字万用表测试二极管的好坏。

使用数字万用表二极管档，将红表笔插入V/Ω孔，黑表笔插入COM孔，大伙都知道在数字万用表里红表笔接内部电池的正极，黑表笔接内部电池负极，而在指针万用表里电阻档是红表笔接内部电池负极，黑表笔接内部电池正极。将数字万用表红表笔接触二极管正极，黑表笔接触二极管负极，（测量正向电阻值）正常数值为~Ω，然后将红表笔接触二极管负极，黑表笔接触二极管正极（测量反向电阻值），正常数值为“1”。如果两次测量都显示或并且蜂鸣器响，说明二极管已经击穿；如果两次测量正反向电阻值均为“1”说明二极管开路；如果两次测量数值相近，说明管子质量很差；反向电阻值必须为“1”或以上，正向电阻值必须为-Ω，则为二极管是好的。

3.3.2二极管的应用

二极管的应用当然是很广泛了，这里列举常用的几点。

（1）整流二极管。利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。在交流转直流的电路的整流桥电路，就是利用此特性来设计的。

（2）开关元件。二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。

举个简单的例子。这是残弈悟恩曾做项目时所用的一个电路，实质就是简简单单的三个按键检测电路。现在笔者的目的是用中断来响应按键，可三个按键如何用一个中断来响应，毫无疑问得用与门，提到与门，读者可能就会想到数字电路里面学了那么多的与门逻辑器件

（74LS/HC系列），找个与门芯片还难嘛？但读者想过没，一个芯片要几毛钱，而且还体积比较大，倘若用三个二极管代替与门芯片，无论从价格、体积都优于用专门的芯片，电路图如图3-11所示。

图3-11二极管组成的与门电路

（3）限幅元件。二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。例如当我们想设计一个限幅（钳位）电路是，我们可借助两个二极管达到。

（4）继流二极管。在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。续流二极管经常和储能元件一起使用，防止电压电流突变，提供通路。电感可以经过它

给负载提供持续的电流，以免负载电流突变，起到平滑电流的作用。在开关电源中，就能见到一个由二极管和电阻串连起来构成的的续流电路。这个电路与变压器原边并联。当开关管关断时，续流电路可以释放掉变压器线圈中储存的能量，防止感应电压过高，击穿开关管。一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管就可以了，用来把线圈产生的反向电势通过电流的形式消耗掉，可见“续流二极管”并不是一个实质的元件，它只不过在电路中起到的作用称做“续流”。图3-12是一个三极管驱动风扇的电路图，上面笔者并接了一个二极管，作用就是为了续流。

图3-12风扇驱动电路

在正常工作时，FS端为低电平，三极管导通，J4-1为高电平，J4-2为低电平，二极管处于截止状态。可当FS端变为高电平以后，三极管截止，此时J4-1的电压突然会变小（不是突然变为零），但风扇是储能元件（有线圈），这时会产生反相电动势来阻止电势突变，也既不想让减小，从而J4-2端的电势就会高于J4-1端的电势，若没D5这个二极管，这种反相电压对电路是致命的，那若加了之后，D5、J4就会形成一个回路，将产生的这部分电势给消耗掉，从而起到保护电路的作用。

续流二极管通常应用在开关电源、继电器电路、可控硅电路、IGBT等电路中，其应用非常广泛，在使用时应注意以下几点。

（1）续流二极管是防止直流线圈断电时，产生自感电势形成的高电压对相关元器件造成损害的有效手段！

（2）续流二极管的极性不能接错，否则将造成短路事故；

（3）续流二极管对直流电压总是反接的，即二极管的负极接直流电的正极端；

（4）续流二极管是工作在正向导通状态，并非击穿状态或高速开关状态。

3.3.3发光二极管

漆黑的夜空，因为它的存在，徇丽多彩，二极管实物图如图3-13所示。

图3-13LED发光图发光二极管有两个参数很重要，分别是：压降和额定电流，其中红、黄、绿的压降参数

如表3-2所示。

表3-2发光二极管的压降参数表

需要注意的是，设计电路时，一般让工作电流为3mA左右，这样问题2就很好回答了。

欧姆定律：R=（5-1.85）V÷3mA=1.05kΩ，所以用了1kΩ的限流电阻，OK？