初级模拟电路：1-7 特殊用途二极管
发光二极管、光敏二极管、太阳能电池、变容二极管简介。
1. 发光二极管
发光二极管（light-emitting diode），简称LED，是最常用的一种特殊二极管，它在正偏时可以发出可见光或非可见光（红外发光二极管），其电路符号如下：
图 1-7.01
LED的基本工作原理是这样的：前面在讲PN结原理时曾经介绍过，当一些价电子吸收到外界的热能或光子时，会使自己能级提高，进而跃升到导带称为自由电子。反过来，当导带的自由电子跌落到价带与空穴复合时，也会释放出热能或光子。普通二极管释放的是热能，而发光二极管释放的是光子。
前面还分析过，在PN结正偏导通时，N区的自由电子穿过PN结进入P区后，会与P区的空穴复合，然后作为价带电子一路运动到电源正极。当LED中N区的自由电子穿过PN结，与P区的空穴复合的时候，就会释放出光子，进而发出可见光。
至于LED发出的颜色，主要取决于不同半导体材料的能隙级别，下表是LED颜色与其构成的半导体材料的对照表：
| 颜色 | 半导体材料 | 典型正偏电压 |
|---|---|---|
| 红色 | 磷砷化镓（GaAsP） | 1.8 V |
| 橙色 | 磷砷化镓（GaAsP） | 2.0 V |
| 黄色 | 铝铟磷化镓（AlInGaP） | 2.1 V |
| 绿色 | 磷化镓（GaP） | 2.2 V |
| 白色 | 氮化镓（GaN） | 4.1 V |
| 蓝色 | 氮化镓（GaN） | 5.0 V |
表 1-7.01
长期以来，人们能用的LED只有红、橙、黄、绿4种颜色，所以一般做电路设计时会将LED的典型平均工作点假设为VF=2V，IF=20mA。
大约在20世纪90年代以后，蓝色光和白色光的LED先后被发明出来，在表中可以看到，蓝色和白色LED的正偏电压要明显高于以前的LED，所以一般假设白光LED的VF=4V，蓝光LED的VF=5V，正偏电流仍为IF=20mA。（在上面1-4小节的案例中，我们已经实例计算设计过LED的点亮电路了，可回看案例1-4-1，以增强印象。）
一般来说，LED的发光强度随着正偏电流的增大而增大，但电流增大到一定程度后就会饱和，此时发光强度不再增大，具体设计时还是要以数据手册提供的曲线和数据为准。
最后需要注意一下的是，LED的反向击穿电压比较小，典型值只有3~5V，而普通二极管的反向击穿电压一般都高达几十伏到几百伏，这个在LED设计时要注意保护。
2. 光敏二极管
光敏二极管（phtodiode）的工作原理与发光二极管相反，在没有光照的时候，其反偏电流接近于0，当有光照在PN结上时，其耗尽层内的原子会吸收外部光子能量而产生新的“电子-空穴”对，然后在反偏电压的推动下形成反偏电流，反偏电流随光强度的增大而增大。光敏二极管的电路符号如下图所示：
图 1-7.02
光敏二极管的偏置电压和偏置电流一般记为Vλ和Iλ，其伏安曲线和光照度的关系见下图所示：
图 1-7.03
在无光照时的反偏电流称为暗电流（dark current），当光照增加时，反向电流会增大，Lux（勒克斯）为照度单位。在图中可以看到，不同光照度下光敏二极管的伏安曲线几乎是等间距的，因此，在固定的反偏电压下，反偏电流与光照度几乎是正比线性关系，见下图所示：
图 1-7.04
在应用中，常常用红外LED和光敏二极管组成对管，来制作红外遥控收发电路，这个我们以后在讲单片机的时候再详细讲。
3. 太阳能电池
太阳能电池（solar cell）也是一种特殊的PN结二极管，它与光敏二级管最大的不同在于，太阳能电池不需要外部反偏电压，只要有光照，它就能自己形成电势差，当连接上外部负载时，它就能自发形成电流。
太阳能电池作为一种PN结，单个能产生的电压不高，仅在0.5V~0.6V左右，一般在应用中会将多个太阳能电池串联起来以获得更高的电压。
4. 变容二极管
变容二极管（varicap diode）也叫变容管（varactor），它的结电容会随着反偏电压的大小而变化，通常用于无线收音机和通信系统的电子谐调电路中。
无线接收机一般通过调节谐振电路的电容值来实现对不同频率信号的选频，以前的可变电容都是机械式的，需要通过机械旋钮来调节可变电容两块极板间的距离，来达到改变电容值得的效果。后来的变容二极管可以实现电子式调整，当反偏电压增大时，耗尽层增厚，相当于电容的两块极板间的距离增大，因而电容值减小；反之则电容值增大。
变容二极管的电路符号如下图所示：
图 1-7.05
关于电路符号这里多说几句，现在世界上主要通行两种电路符号体系标准，一种是IEC（国际电工委员会）制定的的符号体系标准，另一种是IEEE（国际电气与电子工程师学会）制定的符号体系标准。欧洲大部分国家用的是IEC符号体系，美国用的是IEEE符号体系，我国的国标（GB/T 4728.5）电路符号标准与IEC兼容，但并不强制，“/T”的意思是“推荐”。考虑到美国的电子工业水平要比欧洲发达的多，很多技术资料和文档用的都是IEEE体系符号，所以两种都要能看懂。
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