二極管在電路中的作用

馮世榮

1 二極管的整流作用

利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電.

例1 （2014年新課標(biāo)Ⅱ卷）如圖1所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2.原線圈通過一理想電流表A接正弦交流電源，一個二極管和阻值為R的負(fù)載電阻串聯(lián)后接到副線圈的兩端.假設(shè)該二極管的正向電阻為零，反向電阻為無窮大.用交流電壓表測得a、b端和c、d端的電壓分別為Uab和Ucd，則

A.Uab∶Ucd=n1∶n2

B.增大負(fù)載電阻的阻值R，電流表的讀數(shù)變小

C.負(fù)載電阻的阻值越小，c、d間的電壓Ucd越大

D.將二極管短路，電流表的讀數(shù)加倍

解 分析、設(shè)變壓器的輸入電壓為u1、輸出電壓為u2，輸出電壓的峰值為2u，則u2=u，ucd≠u2，根據(jù)有效值的物理意義：u22RT=u2RT，得u2=u，u2cdR×T=u2R×T2（二極管的整流作用）得ucd=22u，所以：有Uab∶Ucd=2n1∶n2選項A錯誤；增大R，輸出電流減小、所以輸入電流減小，B正確；負(fù)載電阻的阻值越小，c、d間的電壓Ucd不變，C錯誤；將二極管短路、則u2=ucd，所以輸出功率變?yōu)樵瓉淼?倍，所以電流表的讀數(shù)加倍，D正確，所以選項B、D正確.

2 二極管的單項導(dǎo)電性

二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān).

例2 （1990年全國高考）圖2中T是繞有兩組線圈的閉合鐵心，線圈的繞向如圖所示，D是理想的二極管，金屬棒ab可在兩條平行的金屬導(dǎo)軌上沿導(dǎo)軌滑行，磁場方向垂直紙面向里.若電流計G中有電流通過，則ab棒的運動可能是

A.向左勻速運動

B.向右勻速運動

C.向左勻加速運動

D.向右勻加速運動

分析 要使電流計G中有電流通過，則穿過右側(cè)線框的磁通量要變化，由二極管的單項導(dǎo)通可知，電流計G中有由上到下的電流通過，所以右側(cè)線框中的原磁通量的方向向下漸弱或向上增強(qiáng)，由楞次定律可知選項C正確.

例3 如圖3所示，D是一只二極管，它的作用是只允許電流從a流向b，不允許電流從b流向a，平行板電容器AB內(nèi)部原有電荷P處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)兩極板A和B的間距稍增大一些的瞬間（兩極板仍平行），P的運動情況將是

A.仍靜止不動

B.向下運動

C.向上運動

D.無法判斷

分析 兩極板A和B的間距稍增大一些的瞬間，由平行板電容器的決定關(guān)系式知電容減小，再由圖及電容器電容的定義式知電容器的帶電量不可能減小，所以只能增大兩板間的電壓，故此二極管相當(dāng)于開關(guān)作用（處于斷開狀態(tài)），在電量不變的情況下，增大兩極板A和B的間距，兩板間的場強(qiáng)不變，所以選項A正確.

例4 如圖4所示電路，電阻R1與電阻R2阻值相同，都為R，和R1并聯(lián)的D為理想二極管（正向電阻可看作零，反向電阻可看作無窮大），在A、B間加一正弦交流電u=202sin100πt V，則加在R2上的電壓有效值為

A.10 V B.20 V C.15 V D.510 V

分析 二極管導(dǎo)通時相當(dāng)于把R1短路，二極管不導(dǎo)通時相當(dāng)于電阻R1與電阻R2串聯(lián)，設(shè)R2上的電壓有效值為u，由有效值的定義知

Q=202R×T2+102R×T2

=U2R×T，

則U=510 V，所以選項D正確.

例5 如圖5所示電路中，D為理想二極管（正向電阻為零，反向電阻為無窮大）.R1=30 Ω，R2=60 Ω，R3=10 Ω.在MN間加上如圖5乙所示的交變電壓時，R3兩端電壓表的讀數(shù)大約是

A.3 V B.3.5 V C.4 V D.5 V

分析 當(dāng)二極管導(dǎo)通時相當(dāng)于接通R1和R2并聯(lián)，不導(dǎo)通時相當(dāng)于斷路，R2支路中無電流，由有效值的定義可知

4210×0.01+3210×0.01=U210×0.02，

所以U=3.5 V.

例6 如圖6甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=3∶1，L1、L2為兩相同燈泡，R、L、D和C分別為定值電阻、理想線圈、理想二極管和電容器，其中C=10 μF.當(dāng)原線圈兩端接如圖6乙所示的正弦交流電壓時，下列說法中正確的是

A.燈泡L1一定比L2暗

B.副線圈兩端的電壓有效值為12 V

C.電容器C放電周期為2×10-2 s

D.電容器C所帶電荷量為1.22×10-4 C

分析 由于二極管的單項導(dǎo)電性，所以電容器C不存在放電周期，選項C錯誤，燈泡的亮、暗由理想線圈對交流電的阻礙作用決定，所以選項A錯誤，由變壓器的知識知，選項B、D正確.

例7 如圖7所示的電路中，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=22∶5，電阻R1=R2=25 Ω，D為理想二極管，原線圈接u=2202sin100πt （V）的交流電.則

A.交流電的頻率為100 Hz

B.通過R1的電流為22 A

C.通過R2的電流為2 A

D.變壓器的輸入功率為200 W

分析 由二極管的單項導(dǎo)電性及交流電的有效值知選項B、C正確.

3 可見光發(fā)光二極管：發(fā)出可見光

例8 如圖8所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管（電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng)），且R與LED間距不變，下列說法中正確的是

A.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大

B.當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小

C.當(dāng)滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變

D.無論怎樣移動觸頭P，L消耗的功率都不變

分析 當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，變阻器接入電路中的電阻減小，通過LED發(fā)光二極管的電路增大，發(fā)出的光更強(qiáng)，光敏電阻的阻值更小，所以通過燈的電流增大，消耗的功率增大，所以選項A正確.

以上各題的分析是筆者的個人觀點，若有不妥之處敬請同行不吝賜教