1、二极管

在交流电源上接上一个二极管后，负载上会因整流作用而仅有交流电源的单向电流流动。像这样，只有交流波形的半个周期流动的整流称为半波整流(Half-Wave Rectification)，此时，流于负载的电流虽执行直流的工作，但由于只使用交流波形的半个周期，因此是一种利用效率较差的整流。

半波整流

接下来，将四个二极管排列成桥形，然后与交流电源连接后，负载中全周期(全波)的电流均变为直流而流动。这类整流称为全波整流(Full-Wave Rectification)，而以这类方式被连接的二极管就称为桥式整流二极管(Diode Bridge)。全波整流可将交流电源的全周期的电流以直流的方式使用。

全波整流

三相(Three Phase)交流也只要使用六个二极管后，即可变成全波整流。

三相全波整流

诸如此类的全波整流，虽较半波整流效率佳，但却会形成很大的波形。因此，在直流输出处接上电容器后，由于电容器的充电、放电功能，使得原本的全波整流的大波形变为平坦且和缓的直流。像这类以将波流变为平坦波形为目的，而被置入的电容器称为平滑电容器(Filter Condenser)。

平滑电容器

对齐纳二极管(Zener Diode,又叫稳压二极管)施加反向偏压，再渐渐提升反向偏压值后，在达到某电压时电流会突然流出。这种现象称为击穿(Breakdown)，当回路的电压超过所能承受的最大电压值(击穿电压，Breakdown Voltage)时，电流会由阴极流至阳极，并抑制电压的上升。像这种的齐纳二极管的特性，常用于将电压维持在固定值的电压回路中。

齐纳二极管的特性

将一般的二极管作为齐纳二极管来使用时，击穿现象会于二极管内的局部发生，使齐纳电流集中于局部而破损。相对于此，由于齐纳二极管在PN结的表面及内部是电流不会集中于局部的构造，因此即使有反向电流流通也不会造成破损。

2、晶体管

晶体管是由施加于电极的电压或是控制电流，而使信号放大(放大作用)，或是具有开关功能(开关作用)的半导体元件。

一般将以作为开关使用的晶体管来控制大电力者，特别被称为大功率晶体管，通常使用NPN型晶体管。

晶体管的符号图

使用晶体管的开关，由于不会消耗接点，因此可减少故障，又由于可快速地开关，因此可作更为精细的控制。

具有开关功能的晶体管

3、场效应晶体管

以输入基极的电流变化来控制集电极电流的晶体管称为双载子晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT，又称为双极结型晶体管)。相对于此，不是以电流，而是由输入的电压变化来控制电流的晶体管，称为场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)。

由于场效应晶体管没有在输入处流通电流，因此消耗功率非常小，具有反应速度快的优点。电极有G (Gate，栅极)/D (Drain，漏极)/S (Source，源极)三个，分别相当于双载子晶体管的基极/集电极/发射极。场效应晶体管以对输入栅极的电压变化来控制漏极电流(Drain current)。

场效应晶体管

电视或电脑等电器产品都使用了在一个零件中配置了许多晶体管或电阻等零件的 IC。IC的栅极则采用以氧化矽的薄膜做为绝缘体材料的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor，MOS-FET)。

4、逆变器和变频器

使用二极管等将交流电转换为直流电的装置称为整流器。与此相反，将直流电转换为交流电的装置则称为逆变器。

逆变器中使用了晶体管等具有开关功能的半导体开关元件。将四个半导体开关元件如下图般相接，并将A和D、B和C互相切换后，即可做出单相交流(Single-Phase A.C.)。此外，可借着改变半导体开关元件的切换速度，来自由地变换单相交流的频率。

单相逆变

使用六个半导体开关元件即可做出三相交流，它和单相交流同是借由改变半导体开关元件的切换速度，来做出想要的三相交流的频率。

三相逆变

使用交流电源的感应马达(Induction Motor)的回转速度与电源频率成正比。若电源频率固定，则回转速度也会固定而不会产生变化。

为了使空调制造冷、暖气，因此压缩机必须以马达运转，以压缩冷媒气体。若马达的回转速度固定，就算只需要较小的功率时也会输出大的功率，而造成电力的浪费。

因此，可借由变频器制造出符合要求的频率的交流电，再使马达的回转速度依所需功率做连续变化，如此可无浪费又节省能源地运转。

此外，最近的变频空调(Inverter Air Conditioner)中采用的是以直流电源回转的直流马达。为了改变直流马达的回转速度则需要改变电压，这也得使用半导体开关元件。

变频器除了用于空调外，目前也已扩大运用到其他各个领域，例如，照明机器或冰箱等生活中的电器，甚至铁路的车辆中等。

5、传感器

电器中装置了多种可代替人体的眼睛或皮肤的感觉的传感器(Sensor)。人类具有视觉、听觉等五感。若电器也具备这五种感觉，便可代替人类完成各种工作。

具有五感功能的机器即为传感器。例如，电暖器靠温度传感器来感测温度，以控制电暖器的开关。因此我们不需要随时去控制开关。

由于传感器可将光或热等物理性信息转换为电的信息，再传输至电路中，使电器自动运转。此外，传感器中，还有能感应到人类无法感觉到的磁气、无法看见的红外线的传感器。

6、温度传感器

温度传感器是可依温度变化切换接点，或依温度变化使电阻改变的装置。温度传感器又分为直接与欲测试温度的物质接触的接触式传感器，以及不需接触即能感测其放射出的热能的非接触式传感器两种。

接触式的温度传感器中，又分别有热敏电阻(Thermistor)、恒温器(Thermostat)及热电偶(Thermocouple)等许多种。此外，非接触式的则有红外线传感器。

温度传感器的分类

双金属片(Bi-Metal)恒温器是最简单的温度传感器。它是将热膨胀率不同的两种金属板压合在一起，并使用伴随温度变化而弯曲的双金属的温度传感器。恒温器通常用于电暖器，由于它是用接点直接控制电暖器的开关，因此只能执行变动大的温度控制。断路器的过电流(Overcurrent)也是使用双金属的温度传感器。

双金属片恒温器

热敏电阻为依温度变化而使电阻不断变化的温度传感器。一般而言，金属的电阻也会随温度致变而改变，然而即使仅有小量的温度变化，热敏电阻的电阻值也能产生显著的变化。此外，由于热敏电阻中，无法使大电流直接流动，因此必须和电路组合以控制温度。

热敏电阻有两种，分别为当温度上升时，电阻值亦上升的正特性热敏电阻，以及温度上升时，电阻值下降的负特性热敏电阻。正特性热敏电阻称为PTC热敏电阻，负特性电阻称为NTC热敏电阻。

现在的空调或冰箱中的温度传感器皆采用热敏电阻，借由半导体元件和电路的组合，将可达成极精细的温度控制。

热敏电阻的感温特性

7、光传感器

光传感器(Photo Sersor，或称为光侦测器(Photo Detector))可以像我们的眼睛一般感测到光。目前被广泛地运用在天色变暗时，自动开启街灯，以及电器的红外线遥控器的受光部位上等。

光传感器可将光能转换为电信号。金属等物质吸收光能，而发出电子的现象称为光电效应(Photoelectric Effect)。

光电效应

此外，半导体的接面因光电效应而出现电压的现象称为光起电力效应(Photovolatic Effect，PE，又称为光伏效应)。运用了光伏效应的光传感器分别有光电二极管(Photodiode)及光电晶体(Phototransistor)等两种。太阳能发电中所使用的太阳能电池也是通过光起电力效应来发电。

当太阳能电池的PN结接触到光能时，电子和空穴分别向负极及正极移动，从而产生电动势。将它与负载连接后，就会有电流流动。

光起电力效应

电子等因光电效应而产生电的运输者，使物质的内部电阻值产生变化的情况称为光电导效应(Photo onduction)。CdS(硫化镉)电池就是利用光电导效应的典型例子。

光电二极管是一旦受到光或红外线，就会因光伏效应使电流由阴极流向阳极的半导体元件。此时流动的电流依光的强弱而发生变化，只要测定此电流就可当做光传感器来应用。

发光二极管

将光电二极管和晶体管相组合后的零件称为光电耦合器。光电耦合器中虽有基极，但一旦受光后，则会和基极电流流动时一样，集电极电流也会流动。此外，集电极电流也会根据光的强弱发生变化。

光电耦合器

只要使用如同光电耦合器般的光传感器，则不需接触目标物体，也可感测出物体位置，或是物体是否存在。

目前光传感器被广泛使用后，可感测亮度以控制照明灯具的开关或调光装置，以及光遮断传感器的防盗装置等。

光传感器的用途