半导体二极管及其应用详解

光和红外线范围内。

响应时间：指加定量光照后，光电流达到稳定值的63%所需要的时间，一般为10-7S。

光电二极管作为光控元件可用于各种物体检测、光电控制、自动报警等方面。当制成大面积的光电二极管时，可当作一种能源而称为光电池。此时它不需要外加电源，能够直接把光能变成电能。
4.2.3 发光二极管

发光二极管是一种将电能直接转换成光能的半导体固体显示器件，简称LED(Light Emitting Diode)。和普通二极管相似，发光二极管也是由一个PN结构成。发光二极管的PN结封装在透明塑料壳内，外形有方形、矩形和圆形等。发光二极管的驱动电压低、工作电流小，具有很强的抗振动和冲击能力、体积小、可靠性高、耗电省和寿命长等优点，广泛用于信号指示等电路中。在电子技术中常用的数码管，就是用发光二极管按一定的排列组成的

发光二极管的原理与光电二极管相反。当这种管子正向偏置通过电流时会发出光来，这是由于电子与空穴直接复合时放出能量的结果。它的光谱范围比较窄，其波长由所使用的基本材料而定。不同半导体材料制造的发光二极管发出不同颜色的光，如磷砷化镓(GaAsP)材料发红光或黄光，磷化镓(GaP)材料发红光或绿光，氮化镓(GaN)材料发蓝光，碳化硅(SiC)材料发黄光，砷化镓(GaAs)材料发不可见的红外线。

发光二极管的符号如图4-10所示。它的伏安特性和普通二极管相似，死区电压为0.9~1.1V，其正向工作电压为1.5~2.5V,工作电流为5~15mA。反向击穿电压较低，一般小于10V。

4.3 二极管整流及滤波电路

电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电源的组成可以用图4-11表示，它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成。

电源变压器是将交流电网电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动(一般有±10%左右的波动)、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。

4.3.2 滤波电路

整流电路虽将交流电变为直流，但输出的却是脉动电压。这种大小变动的脉动电压，除了含有直流分量外，还含有不同频率的交流分量，这就远不能满足大多数电子设备对电源的要求。为了改善整流电压的脉动程度，提高其平滑性，在整流电路中都要加滤波器。下面介绍几种常用的滤波电路。

1.电容滤波电路

电容滤波电路是最简单的滤波器它是在整流电路的输出端与负载并联一个电容C而组成。如图4-15(a)所示。

电容滤波是通过电容器的充电、放电来滤掉交流分量的。图4-15(b)的波形图中虚线波形为半波整流的波形。并入电容C后，在v2>0时，D导通，电源在向RL供电的同时，又向C充电储能，由于充电时间常数很小(绕组电阻和二极管的正向电阻都很小)，充电很快，输出电压vo随v2上升，当vC =后，v2开始下降v2 vC时C又被充电vo = v2又上升。直到v2

为了达到式(4-10)的取值关系，获得比较平直的输出电压，一般要求

式中T电源交流电压的周期。

此外，由于二极管的导通时间短(导通角小于1800)，而电容的平均电流为零，可见二极管导通时的平均电流和负载的平均电流相等，因此二极管的电流峰值必然较大，产生电流冲击，容易使管子损坏。

具有电容滤波的整流电路中的二极管，其最高反向工作电压对半波和全波整流电路来说是不相等的。在半波整流电路中，要考虑到最严重的情况是输出端开路，电容器上充有V2m，而v2处在负半周的幅值时，这时二极管承受了2V2的反向工作电压。它与无滤波电容时相比，增大了一倍。

对于单相桥式整流电路而言，无论有无滤波电容，二极管的最高反向工作电压都是V2。

关于滤波电容值的选取应视负载电流的大小而定。一般在几十微法到几千微法，电容器耐压值应大于输出电压的最大值。通常采用极性电容器。