初級模擬電路：1-7 特殊用途二極管

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1.   發光二極管

      發光二極管（light-emitting diode），簡稱LED，是最經常使用的一種特殊二極管，它在正偏時能夠發出可見光或非可見光（紅外發光二極管），其電路符號以下：

圖 1-7.01 

      LED的基本工做原理是這樣的：前面在講PN結原理時曾經介紹過，當一些價電子吸取到外界的熱能或光子時，會使本身能級提升，進而躍升到導帶稱爲自由電子。反過來，當導帶的自由電子跌落到價帶與空穴複合時，也會釋放出熱能或光子。普通二極管釋放的是熱能，而發光二極管釋放的是光子。

      前面還分析過，在PN結正偏導通時，N區的自由電子穿過PN結進入P區後，會與P區的空穴複合，而後做爲價帶電子一路運動到電源正極。當LED中N區的自由電子穿過PN結，與P區的空穴複合的時候，就會釋放出光子，進而發出可見光。

      至於LED發出的顏色，主要取決於不一樣半導體材料的能隙級別，下表是LED顏色與其構成的半導體材料的對照表：

顏色	半導體材料	典型正偏電壓
紅色	磷砷化鎵（GaAsP）	1.8 V
橙色	磷砷化鎵（GaAsP）	2.0 V
黃色	鋁銦磷化鎵（AlInGaP）	2.1 V
綠色	磷化鎵（GaP）	2.2 V
白色	氮化鎵（GaN）	4.1 V
藍色	氮化鎵（GaN）	5.0 V

表 1-7.01 

      長期以來，人們能用的LED只有紅、橙、黃、綠4種顏色，因此通常作電路設計時會將LED的典型平均工做點假設爲V_F=2V，I_F=20mA。

      大約在20世紀90年代之後，藍色光和白色光的LED前後被髮明出來，在表中能夠看到，藍色和白色LED的正偏電壓要明顯高於之前的LED，因此通常假設白光LED的V_F=4V，藍光LED的V_F=5V，正偏電流仍爲I_F=20mA。（在上面1-4小節的案例中，咱們已經實例計算設計過LED的點亮電路了，可回看案例1-4-1，以加強印象。）

      通常來講，LED的發光強度隨着正偏電流的增大而增大，但電流增大到必定程度後就會飽和，此時發光強度再也不增大，具體設計時仍是要以數據手冊提供的曲線和數據爲準。

      最後須要注意一下的是，LED的反向擊穿電壓比較小，典型值只有3~5V，而普通二極管的反向擊穿電壓通常都高達幾十伏到幾百伏，這個在LED設計時要注意保護。

 

2.   光敏二極管

      光敏二極管（phtodiode）的工做原理與發光二極管相反，在沒有光照的時候，其反偏電流接近於0，當有光照在PN結上時，其耗盡層內的原子會吸取外部光子能量而產生新的「電子-空穴」對，而後在反偏電壓的推進下造成反偏電流，反偏電流隨光強度的增大而增大。光敏二極管的電路符號以下圖所示：

圖 1-7.02 

      光敏二極管的偏置電壓和偏置電流通常記爲V_λ和I_λ，其伏安曲線和光照度的關係見下圖所示：

圖 1-7.03 

      在無光照時的反偏電流稱爲暗電流（dark current），當光照增長時，反向電流會增大，Lux（勒克斯）爲照度單位。在圖中能夠看到，不一樣光照度下光敏二極管的伏安曲線幾乎是等間距的，所以，在固定的反偏電壓下，反偏電流與光照度幾乎是正比線性關係，見下圖所示：

圖 1-7.04 

      在應用中，經常用紅外LED和光敏二極管組成對管，來製做紅外遙控收發電路，這個咱們之後在講單片機的時候再詳細講。

 

3.   太陽能電池

      太陽能電池（solar cell）也是一種特殊的PN結二極管，它與光敏二級管最大的不一樣在於，太陽能電池不須要外部反偏電壓，只要有光照，它就能本身造成電勢差，當鏈接上外部負載時，它就能自發造成電流。

      太陽能電池做爲一種PN結，單個能產生的電壓不高，僅在0.5V~0.6V左右，通常在應用中會將多個太陽能電池串聯起來以得到更高的電壓。

 

4.   變容二極管

      變容二極管（varicap diode）也叫變容管（varactor），它的結電容會隨着反偏電壓的大小而變化，一般用於無線收音機和通訊系統的電子諧調電路中。

      無線接收機通常經過調節諧振電路的電容值來實現對不一樣頻率信號的選頻，之前的可變電容都是機械式的，須要經過機械旋鈕來調節可變電容兩塊極板間的距離，來達到改變電容值得的效果。後來的變容二極管能夠實現電子式調整，當反偏電壓增大時，耗盡層增厚，至關於電容的兩塊極板間的距離增大，於是電容值減少；反之則電容值增大。

      變容二極管的電路符號以下圖所示：

圖 1-7.05 

      關於電路符號這裏多說幾句，如今世界上主要通行兩種電路符號體系標準，一種是IEC（國際電工委員會）制定的的符號體系標準，另外一種是IEEE（國際電氣與電子工程師學會）制定的符號體系標準。歐洲大部分國家用的是IEC符號體系，美國用的是IEEE符號體系，我國的國標（GB/T 4728.5）電路符號標準與IEC兼容，但並不強制，「/T」的意思是「推薦」。考慮到美國的電子工業水平要比歐洲發達的多，不少技術資料和文檔用的都是IEEE體系符號，因此兩種都要能看懂。

     

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