深入解剖半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用

　　發(fā)光二極管是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體固體顯示器件，簡稱LED(Light Emitting Diode)。和普通二極管相似，發(fā)光二極管也是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成。發(fā)光二極管的PN結(jié)封裝在透明塑料殼內(nèi)，外形有方形、矩形和圓形等。發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電壓低、工作電流小，具有很強(qiáng)的抗振動(dòng)和沖擊能力、體積小、可靠性高、耗電省和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于信號(hào)指示等電路中。在電子技術(shù)中常用的數(shù)碼管，就是用發(fā)光二極管按一定的排列組成的

　　發(fā)光二極管的原理與光電二極管相反。當(dāng)這種管子正向偏置通過電流時(shí)會(huì)發(fā)出光來，這是由于電子與空穴直接復(fù)合時(shí)放出能量的結(jié)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(dǎo)體材料制造的發(fā)光二極管發(fā)出不同顏色的光，如磷砷化鎵(GaAsP)材料發(fā)紅光或黃光，磷化鎵(GaP)材料發(fā)紅光或綠光，氮化鎵(GaN)材料發(fā)藍(lán)光，碳化硅(SiC)材料發(fā)黃光，砷化鎵(GaAs)材料發(fā)不可見的紅外線。

　　發(fā)光二極管的符號(hào)如圖4-10所示。它的伏安特性和普通二極管相似，死區(qū)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(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)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(wěn)壓電路四部分組成。

　　電源變壓器是將交流電網(wǎng)電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)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(wǎng)電壓波動(dòng)(一般有±10%左右的波動(dòng))、負(fù)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(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。

　　4.3.2 濾波電路

　　整流電路雖將交流電變?yōu)橹绷?，但輸出的卻是脈動(dòng)電壓。這種大小變動(dòng)的脈動(dòng)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(yuǎn)不能滿足大多數(shù)電子設(shè)備對(duì)電源的要求。為了改善整流電壓的脈動(dòng)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(fù)載并聯(lián)一個(gè)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(shí)，D導(dǎo)通，電源在向RL供電的同時(shí)，又向C充電儲(chǔ)能，由于充電時(shí)間常數(shù)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(dāng)vC =后，v2開始下降v2 vC時(shí)C又被充電vo = v2又上升。直到v2

　　為了達(dá)到式(4-10)的取值關(guān)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(dǎo)通時(shí)間短(導(dǎo)通角小于1800)，而電容的平均電流為零，可見二極管導(dǎo)通時(shí)的平均電流和負(fù)載的平均電流相等，因此二極管的電流峰值必然較大，產(chǎn)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(duì)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(yán)重的情況是輸出端開路，電容器上充有V2m，而v2處在負(fù)半周的幅值時(shí)，這時(shí)二極管承受了2V2的反向工作電壓。它與無濾波電容時(shí)相比，增大了一倍。

　　對(duì)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(guān)于濾波電容值的選取應(yīng)視負(fù)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(yīng)大于輸出電壓的最大值。通常采用極性電容器。