二极管与LED

课程标准： KS3, GCSE, Sek I, cycle 4

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实验目的

证实二极管只允许电流沿一个方向通过，并用限流电阻连接LED。

实验装置

上面是两个 5 V 电路，各有一只 4.5 V / 1 W 灯泡：左边的二极管正向连接，右边的二极管反向连接。下面是一个 5 V 电压源、一个 220 Ω 电阻和一个LED。

实验步骤

1. 比较上面两个电路中的灯泡。
2. 观察LED。
3. 在LED所接电阻的参数面板中，把 220 Ω 改为 1 kΩ，再改为 100 Ω。

预期结果

二极管正向连接时灯泡发光，反向连接时灯泡不发光：二极管只允许电流从阳极流向阴极。LED发光，通过它的电流约为 14 mA：LED两端约 1.8 V，其余 3.2 V 加在电阻上。换成 1 kΩ 时LED变暗；换成 100 Ω 时LED变亮，电流约为 31 mA。普通 5 mm LED的工作电流为 20 mA，最大电流为 25～30 mA：31 mA 已经到了极限。限制电流的正是电阻：没有它，限制电流的就只有电压源和LED本身，真实的LED会立刻烧坏。

问题

1. 怎样从电路图上看出二极管允许电流沿哪个方向通过？
2. 一个 2 V、20 mA 的LED接在 9 V 电压源上，需要多大的电阻？

答案

1. 二极管的符号是一个指向短竖线的三角形。电流沿三角形所指的方向通过，从三角形一侧的阳极流向竖线一侧的阴极。
2. 电阻必须在 20 mA 下承担其余的 9 − 2 = 7 V：\(R = (U - U_{LED}) / I\) = 7 V / 0.02 A = 350 Ω。比它大的最接近的标准阻值是 390 Ω，电流约为 18 mA。