物理爱好者

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变容二极管







　　二极管的PN结具有结电容，当加反向电压时，阻挡层加厚，结电容减小，所以改变反向电压的大小可以改变PN结的结电容大小，这样二极管就可以作为可变电容器用。结电容一般只有几个皮法，至多一、二百皮法，所以变容二极管都用于高频电路，例如作为电视接收机调谐回路中的可变电容器。常见的有2AC、2CC、2DC等系列。

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蓄电池

王宗田

蓄电池是在放电后经充电能够复原并继续使用的电池，是实验室中比较常用的直流电源。在各种蓄电池中，铅蓄电池用的最为普遍。我们就以这种蓄电池为例，说明蓄电池的工作原理及使用注意事项。 　　铅蓄电池的正极板由二氧化铅做成。为了增加蓄电池所蓄积的能量，预先经多次充电放电，使正极板的板面疏松。负极是用铅作成的网状极板，网眼里填充的是用氧化铅作成的糊料。两极板浸入比重为1．20的硫酸溶液中。从外表看，正极板呈棕色，负极板呈灰色。铅蓄电池的构造如图4－2所示。 　　如将一负载电阻接在蓄电池的正负极之间，就有电流通过，蓄电池里进行着如下的化学反应： 正极板处　 负极板处　 这是蓄电池的放电过程。在这个过程中，蓄电池内发生的化学反应，使两个极板上都逐渐形成硫酸铅层，硫酸溶液的比重减小。 　　蓄电池用到一定程度之后，必须用另外的直流电源对它进行充电，使极板和溶液恢复原状，以便继续使用。蓄电池的充电电路如图4－3所示。蓄电池充电过程中发生的化学反应为： 正极板处　 负极板处

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光敏二极管







　　光敏二极管也叫光电二极管。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。常见的有2CU、2DU等系列。

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使用蓄电池应该注意的问题



王宗田



　　蓄电池使用和充电时应注意如下几点：

　　（1）使用蓄电池时，放电电流一定要在安全电流范围之内，绝不允许超过安全电流。为此，使用时常串联一个变阻器，以便控制、调节电流的大小。

　　（2）蓄电池在用较大电流放电后，要及时充电。

　　（3）充电电量一定要大于使用电量。例如，以3安培电流使用4小时，那么，充电电流及时间一定要在12安培小时以上。

　　（4）充电过程中，当充到极板上开始猛烈地放出气泡时，就要停止充电。

　　（5）充电电流的大小，一般在蓄电池上已标明。例如，容量为24安培小时的蓄电池，充电电流大约为3安培。

　　（6）单个铅蓄电池的路端电压为2伏，当电压降到1．8伏以下时，应立刻充电。

　　（7）闲置不用的蓄电池也要按时充电，一般每个月充电一次，每次充电时间1～2小时。

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发光二极管



董振邦



　　发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。

　　它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管，它们的材料和主要特性大致如下表（准确的参数要看手册）：

类型
发光颜色
最大工作电流（mA）
一般工作电流（mA）
正向压降

磷化镓红色LED
红
50
10
2．3

磷砷化镓LED
红
50
10
1．5

碳化硅LED
黄
50
10
6

磷化镓绿色LED
绿
50
10
2．3




　　发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：

R＝（F－UF）／IF

式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。



　　与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管（图10－5），每个数码管可显示0～9十个数目字。

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燃料电池



王宗田



　　燃料电池是一种把燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的装置。是继水力、火力、原子能发电方式之后的“第四种发电方式”。

　　燃料电池一般由燃料极（或称氢极）、空气极（或称氧极）以及夹在这两极之间的电解质构成。工作时，由外部供给电池的氢在燃料极放出电子成为氢离子，氢离子通过电解质后移向空气极，而电子则通过外电路亦到达空气极。在空气极，由外部供给电池的氧，与氢离子及电子进行反应生成水。电能由外电路输出。

　　燃料电池与我们所熟悉的干电池虽然都是将化学能转换成电能的装置，但它们的最大不同点在于，封存在干电池中参予化学反应的物质终将耗尽，反应停止，也就不能输出电能了；而对于燃料电池，只要外界不断地供给它燃料气体和氧化剂，化学反应就能不间断地进行，它就能不停地输出电能。

　　现在研制的燃料电池有四种基本类型，即磷酸型、溶融碳酸盐型、固体电解质型及碱型燃料电池。它们是根据电池中所用燃料、氧化剂、电解质的不同以及工作温度和构成方式的差别而划分的。磷酸型燃料电池是用氢的纯度极高的天然气或甲醇作燃料，工作温度为200℃，反应过程用铂作催化剂，发电效率达40％。溶融碳酸盐型燃料电池，使用的天燃气燃料中既含氢也含一氧化碳，还能用含氢纯度低的煤气作燃料，工作温度在600～700℃，化学反应活跃，不用铂等昂贵的催化剂，发电效率可达50％。发电过程可利用所排热能，与汽轮机结合。复合发电，这可使发电效率提高到55％左右；固体电解质型燃料电池中所用的电解质是陶瓷化合物，工作温度可高达800～1000℃，发电效率可达到50％以上；碱性燃料电池是以液氢为燃料，以液氧为氧化剂，成本极高。美国只在“阿波罗”登月飞船和“挑战者”号航天飞机上使用了这种燃料电池。这种燃料电池不仅作为飞船和航天飞机的电源系统，而且也为宇航员提供了不可缺少的生活用水及生命保障系统中所需的冷却用水，这一特点是其他电源所望尘莫及的。

　　燃料电池从1839年弄清了其发电原理到现在，已经有100多年的历史了。它的发展几经周折，直到本世纪50年代才进入试制阶段。主要因为燃料电池的建设成本太高，运转性能尚不稳定。到了60年代，由于航天任务的需要，燃料电池的研制才有了重大突破。应用于“阿波罗”登月飞船和“挑战者”号航天飞机的燃料电池取得了巨大成功，更引起世界各国对它的重视，把世界性的燃料电池研制活动推向了高潮。将来在整个燃料发电系统的建设成本明显降低，输出功率大大提高，使用寿命大大延长，运转性能更加稳定的时候，城市、山村、工厂、机关乃至家庭的用电，也许就不再依靠大型电站通过远距离输送来的电力，而实现用自己安装的燃料电池来满足用电的需要。

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半导体二极管的简易判别

半导体二极管上如果没有标记，可根据正向电阻较小、反向电阻较大这一特性利用多用电表的电阻挡，判断它的极性和好坏。对于耐压较低、电流较小的二极管只能用R×1k或R×100挡，不能用R×10k或R×1挡，因为R×10k挡电压较高，R×1挡电流较大，可能使二极管损坏。判断的具体方法如下表： 测试项目 测量方法 正常数据 极性判断 正向电阻 几百欧至几千欧 多用电表黑表笔连接的一端为二极管的正极 反向电阻 大于几百千欧 多用电表黑表笔连接的一端为二极管的负极 　　被测二极管正反向电阻相差越大越好。如果相差不大，表明二极管性能不好或损坏。