發光二極體 (Light-Emitting Diodes, LED): 製作二極體在摻雜的過程中,若加入鎵、砷及磷等元素時,製造者可製作出能發射出各種不同顏色光的二極體,例如:紅、橙、黃、綠及紅外線等。 LED 通常被用來當作指示燈,目前有愈來愈多的 LED 被用來作為照明使用。 LED 的電路符號: LED 的亮度與流過 LED 的電流有關,電流愈大,所發射光的強度愈強。但若電流過大,會大幅降低其使用壽命。 LED 順向偏壓: LED 順向偏壓時,其障壁電壓 (VB) 比一般二極體大一些,一般二極體約 0.7V,LED 的障壁電壓約 1.5V 至 2.5V 間。一般為計算上的方便,通常可取 2V 來計算。 LED 逆向偏壓: LED 的崩潰電壓通常很低,典型值約 3V 至 15V 左右。LED 若逆向加壓而崩潰,容易損壞或嚴重降低其特性。
<例3.1> 計算圖中 LED 的電流值 <例3.2>若要提供 25mA 的 LED 電流,選擇電阻 R 的值 ILED = 25mA VLED = 2V Vin = ILED × R + VLED VLED = 2V Vin = ILED × R + VLED 24V = 25mA × R + 2V 24V = ILED × 2kW + 2V 選擇最接近 880W 的 5% 標準電阻,910W
發光二極體用於指示燈的電路: LED 逆向保護電路: 開關 ON,指示燈亮, 開關 OFF,指示燈熄。 若電源接反了,電流如紅色路徑所示,流向整流二極體,LED 沒有電流,但其逆向偏壓被限制在 0.7V,因此 LED 不會損壞。
稽納二極體: 電壓電流特性曲線: 最佳操作區在逆向崩潰區,主要功能為穩定電壓(穩壓)。 電路符號: 順向偏壓時,稽納二極體的特性如同矽質整流二極體,其障壁電壓約 0.7V。 逆向偏壓時,其崩潰電壓通常較整流二極體小,其大小視型號而定。而且崩潰後不會損壞,一旦崩潰後,無論逆向電流的大小,其電壓會保持在 VZ。因此,稽納二極體常被用來穩定電壓。 VZ 是稽納二極體最主要的額定值,例如 VZ = 5.6V 表示此稽納二極體會在 5.6V 崩潰, VZ = 6.2V 表示此稽納二極體會在 6.2V 崩潰。
功率額定值 (PZM): 設計時,必須使得稽納二極體之功率消耗小於其額定值。亦即 稽納二極體之功率: PZ = VZ × IZ PZ < PZM <例3.3> 10V 的稽納二極體流過 50mA 的電流,求其功率消耗。 <例3.4> 對於 1W、6.2V 的稽納二極體,求所容許的最大電流。 PZ = VZ × IZ = 10V × 50mA = 500mW = 0.5W PZM = 1W VZ = 6.2V 設計時,PZ = VZ × IZ < PZM 6.2V × IZ <1W 最大容許電流 161mA
稽納二極體的使用與分析方法: 使用方法: 將稽納二極體與欲穩壓的負載並聯,只要稽納二極體崩潰,其電壓會保持在 VZ,與其並聯的負載,電壓也會維持在 VZ。 只要崩潰 VL = VZ 而 RS 的電壓為 Vin - VZ 因此電流 稽納二極體的電流 IZ = IS - IL
<例3.5> 如圖所示,計算 IS、 IL、IZ 及 PZ IZ = IS – IL = 58mA – 41.3mA = 16.7mA IZ = IS – IL = 58mA – 24.8mA = 33.2mA PZ = VZ × IZ = 6.2V × 16.7mA = 103.5mW PZ = VZ × IZ = 6.2V × 33.2mA = 205.8mW
<例3.5> 如圖所示,計算 IS、 IL、IZ 及 PZ IZ = IS – IL = 58mA – 41.3mA = 16.7mA IZ = IS – IL = 88mA – 41.3mA = 46.7mA PZ = VZ × IZ = 6.2V × 16.7mA = 103.5mW PZ = VZ × IZ = 6.2V × 46.7mA = 289.5mW
結論: 無論輸入電壓 Vin 或負載電阻 RL 如何變化,只要稽納二極體崩潰,負載電阻的電壓 VL 會保持在 VL = VZ 不變,達到穩壓的效果。 若負載電阻值 RL 改變,其餘條件維持不變,則 VL IL IS IZ RL ↑ RL ↓ × ↓ × ↑ × ↑ × ↓ ↑:變大 ↓:變小 ×:不變 若電源電壓 Vin 改變,其餘條件維持不變,則 VL IL IS IZ Vin ↑ Vin ↓ × × ↑ ↑ × × ↓ ↓ ↑:變大 ↓:變小 ×:不變