半導體二極管及其應用詳解

　　發光二極管是一種將電能直接轉換成光能的半導體固體顯示器件，簡稱LED(Light Emitting Diode)。和普通二極管相似，發光二極管也是由一個PN結構成。發光二極管的PN結封裝在透明塑料殼內，外形有方形、矩形和圓形等。發光二極管的驅動電壓低、工作電流小，具有很強的抗振動和沖擊能力、體積小、可靠性高、耗電省和壽命長等優點，廣泛用于信號指示等電路中。在電子技術中常用的數碼管，就是用發光二極管按一定的排列組成的

　　發光二極管的原理與光電二極管相反。當這種管子正向偏置通過電流時會發出光來，這是由于電子與空穴直接復合時放出能量的結果。它的光譜范圍比較窄，其波長由所使用的基本材料而定。不同半導體材料制造的發光二極管發出不同顏色的光，如磷砷化鎵(GaAsP)材料發紅光或黃光，磷化鎵(GaP)材料發紅光或綠光，氮化鎵(GaN)材料發藍光，碳化硅(SiC)材料發黃光，砷化鎵(GaAs)材料發不可見的紅外線。

　　發光二極管的符號如圖4-10所示。它的伏安特性和普通二極管相似，死區電壓為0.9~1.1V，其正向工作電壓為1.5~2.5V,工作電流為5~15mA。反向擊穿電壓較低，一般小于10V。

　　4.3 二極管整流及濾波電路

　　電路中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。小功率穩壓電源的組成可以用圖4-11表示，它是由電源變壓器、整流、濾波和穩壓電路四部分組成。

　　電源變壓器是將交流電網電壓變為所需要的電壓值，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網電壓波動(一般有±10%左右的波動)、負載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需要接穩壓電路。穩壓電路的作用是當電網電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩定。

　　4.3.2 濾波電路

　　整流電路雖將交流電變為直流，但輸出的卻是脈動電壓。這種大小變動的脈動電壓，除了含有直流分量外，還含有不同頻率的交流分量，這就遠不能滿足大多數電子設備對電源的要求。為了改善整流電壓的脈動程度，提高其平滑性，在整流電路中都要加濾波器。下面介紹幾種常用的濾波電路。

　　1.電容濾波電路

　　電容濾波電路是最簡單的濾波器它是在整流電路的輸出端與負載并聯一個電容C而組成。如圖4-15(a)所示。

　　電容濾波是通過電容器的充電、放電來濾掉交流分量的。圖4-15(b)的波形圖中虛線波形為半波整流的波形。并入電容C后，在v2>0時，D導通，電源在向RL供電的同時，又向C充電儲能，由于充電時間常數很小(繞組電阻和二極管的正向電阻都很小)，充電很快，輸出電壓vo隨v2上升，當vC =后，v2開始下降v2 vC時C又被充電vo = v2又上升。直到v2

　　為了達到式(4-10)的取值關系，獲得比較平直的輸出電壓，一般要求

　　式中T電源交流電壓的周期。

　　此外，由于二極管的導通時間短(導通角小于1800)，而電容的平均電流為零，可見二極管導通時的平均電流和負載的平均電流相等，因此二極管的電流峰值必然較大，產生電流沖擊，容易使管子損壞。

　　具有電容濾波的整流電路中的二極管，其最高反向工作電壓對半波和全波整流電路來說是不相等的。在半波整流電路中，要考慮到最嚴重的情況是輸出端開路，電容器上充有V2m，而v2處在負半周的幅值時，這時二極管承受了2V2的反向工作電壓。它與無濾波電容時相比，增大了一倍。

　　對于單相橋式整流電路而言，無論有無濾波電容，二極管的最高反向工作電壓都是V2。

　　關于濾波電容值的選取應視負載電流的大小而定。一般在幾十微法到幾千微法，電容器耐壓值應大于輸出電壓的最大值。通常采用極性電容器。