特殊二极管

除普通二极管外，还有一些特殊的二极管，它们具有特殊的功能，在某些电路中应用也很广泛。特殊二极管包括稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管等。

1．稳压二极管（齐纳二极管）即为稳压二极管(VoltageStabilizingDiode)，是一种用于稳定电压的单PN结二极管。它的结构同整流二极管。加在稳压二极管的反向电压增加到一定数值时，将可能有大量载流子隧穿PN结的位垒，形成大的反问电流，此时电压基本不变，称为隧道击穿。当反向电压比较高时，在位垒区内将可能产生大量载流子，受强电场作用形成大的反向电流，而电压亦基本不变，为雪崩击穿。因此，反向电压临近击穿电压时，反向电流迅速增加，而反向电压几乎不变。这个近似不变的电压称为齐纳电压（隧道击穿）或雪崩电压（雪崩击穿）。

稳压二极管的伏安特性，其工作于反向击穿状态，反向电流在-/ZK和-/ZM之间时，二极管两端的电压基本不变，等于Uz，即为稳定电压。稳压二极管的电路符号。对硅稳压二极管而言，稳定电压在5V以下的器件靠齐纳电压工作，稳定电压在7V以上的器件靠雪崩电压工作，两者之间的器件两种形式的击穿都可能起作用。

电流/ZK是器件起稳压作用的最小工作电流，而/ZM则是最大可利用的齐纳电流或雪崩电流，其值受稳压二极管耗散功率的限制。，z是相应于稳定电压Uz的工作电流。最大工作电流的范围从几毫安到几十安。常用稳压二极管的稳定电压标称值约在2V~200V的范围内。

稳压二极管主要用于NJU8713V.html" target="_blank" title="NJU8713V">NJU8713V(TE2)无线电设备和电子仪器中的直流稳压电路，也可用作过压保护、电压基准和电平转移等。PN结的击穿机理有两类，即隧道击穿（或称齐纳击穿）和雪崩击穿。早期认为击穿都是齐纳击穿，所以又将稳压二极管称为齐纳二极管。后来发现，在6V以上电压下发生的击穿都属于雪崩击穿。稳压管的稳压数值是温度的函数，所以标准的或高精度的稳压管都采用串联补偿方法来克服稳压数值的温漂。管子的反向击穿电压称为稳压管的稳定电压，产品所标出的稳压电压是指额定工作电流下的稳压数值。稳压二极管针对不同要求有不同的工艺结构。

(1)合金法：PN结的平整性差，稳定电压不高，主要用于大批量生产的30V以下稳压管。

(2)扩散台面法：能获得平整的PN结，改善表面状况，所以稳定电压可做得很高。

30V~500V的稳压管几乎都用这种工艺生产。

(3)扩散平面法：能获得平整的PN结，并可用光刻I艺，将两只稳压二极管做在一起。

2．发光二极管在正向偏置下，半导体PN结或与其类似的结构能够发出可见光或近红外光，这种把电能直接转换为光能的器件称为发光二极管，简称LED(LightEmittingDiode)。发光是物体内部以某种方式储存的能量转化为光辐射的过程。发光物体的光辐射是材料中受激发的电子跃迁到基态时产生的。半导体发光二极管属于电流激发的电致发光器件。电致发光现象被发现于1923年，当时并没有引起人们的注意。随着近代技术的发展，对发光器件提出了新的要求，希望发光管简单、可靠、寿命长、价格低、小型化。所以自20世纪60年代开始电致发光的研究非常活跃。

发光二极管的结构，其核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。当它处于正向工作状态（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电沆有关。发光二极管的电路符号。

制作发光二极管时有一定的要求：第一，要求提高内量子效率，要求尽量减少晶体缺陷和有害杂质；第二，要求提高外量子效率，结构要便于光收集、提取和发射；第三，可以用携载信息的输出电流直接对光输出进行高速率的调制；第四，结构要有利于散热，减少因结温上升引起光功率下降；第五，要有高的辐射度，因此必须应用直接带隙半导体和能够在高电流密度下驱动的结构。

发光二极管在低压（低于2V）、小电流（几十毫安至200mA）条件下工作，功耗小，体积小，可直接与固体电路连接使用，它具有稳定、可靠、寿命长(10511—l0611)、调制方便(通过调制LED的电流来调制光输出，光输出响应速度比较快，1MHz~100MHz)、价格便宜等特点。

发光二极管应用广泛，可用作指示灯、文字一数字显示、光耦合器件、光通信系统的光源等。

(1)指示灯。用作指示灯的LED有两种结构：径向引线结构和轴向引线结构。前者尺寸小、价格低，适宜安装在印刷电路板上；后者既可安装在仪器面板上，又可直接安装在印刷电路板上。专为印刷电路板设计的最小的LED指示灯，可与晶体管和集成电路兼容，用来指示电路状态和故障。LED可作为电视频道调谐指示器，还可用于高保其度收音机和录音机以及汽车、飞机和机电工业。大多数指示灯是单管芯，新开发的还有双色灯和多色灯。

(2)文字一数字显示。LED用作袖珍计算器、数字手表和电子仪表的数字显示，一般为7段显示。但对台式计算器，更灵活的显示方式（产生全文字一数字）是35点矩阵，其中LED装成7x5阵列。35点矩阵价格较高、驱动电路复杂，其应用不及7段显示器件广泛。

(3)光耦合器件。GaAs(或GaAsP)LED和Si-PN结探测器相结合，可以制成许多新型器件，进行光一电和电一光的传递，通常称为光耦合器件。熟知的是光耦合隔离器，它高速、可靠并可提供高至2.5kV的电隔离。GaAsLED与Si晶体管相结合制成穿孔卡片或磁带的光电子读数头，比钨丝灯径向分布可靠、稳定、抗震和功耗小。采用光耦合器件的汽车点火装置，省油、易起动、工作平稳。GaAIAs负阻发光二极管可用于发光开关、可控发光整流器和光波长转换等。

(4)光通信系统的光源。通信、信息处理和光耦合等应用要求LED有良好的方向性。适于光通信应用的两种主要光源是高辐射度LED和半导体注入激光器。LED稳定、可靠、寿命长、驱动电路简单、功率对温度不敏感，广泛用作中、短距离【铁路、电力、交通、公安等）光通信系统的光源。GaAIAs-GaAs面发光管的带宽为10MHz~20MHz，适用于二次群光通信系统（可传输120路电话），传输距离大于Skm。GaAIAs-GaAs快速边发光管带宽50MHz~100MHz，适用于三级群光通信系统（可传输480路电话），传输距离数千米。InGaAsP-InPLED可用于更长距离（大于lOkm）的传输系统。此外，LED还用于信息处理、图像传输、测距和传感等方面。

3．光电二极管（光敏二极管）光电二极管(Photo-Diode)和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性，但在电路中它不是作为整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。它和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做得大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1斗m。

光电二极管的外形，其电路符号。

光电二极管是怎样把光信号转换成电信号的呢？大家知道，普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。

光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。

光电二极管是在反向电压作用下工作的。没有光照时，反向电流很小(一般小于0.lyA)，称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子一空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。

这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

4．光电耦合器光电耦合器(PhotoelectricCoupler)是以光为媒介传输电信号的一种电一光一咆转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端。即为光电耦合器的外形、内部结构及引脚图。常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等。即为光电耦合器的电路符号。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等（外形有金属圆壳封装、塑封双列直插等）。

在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。

光电耦合器应用广泛，可以组成开关电路、逻辑电路、隔离耦合电路、高压稳压电路、门厅照明灯自动控制电路等。

5．变容二极管变容二极管(VaractorDiodes)又称“可变电抗二极管”，是一种利用PN结之间电容可变的原理制成的半导体器件，在高频调谐、通信等电路中作为可变电容器使用。变容二极管有不同的外形结构。变容二极管属于反偏压二极管，改变其PN结上的反向偏压，即可改变PN结电容量。反向偏压越高，结电容则越少，反向偏压与结电容之间的关系是非线性的。当外加正向偏压时，有大量电流产生，PN（正负极）接合面的耗尽区变窄，电容变大，产生扩散电容效应；当外加反向偏压时，则会产生过渡电容效应。但因加正问偏压时会有漏电流的产生，所以在应用上均供给反向偏压。变容二极管的电路符号。

变容二极管的材料多为硅或砷化镓单晶，并采用外延工艺技术。反偏电压愈大，则结电容愈小。变容二极管具有与衬底材料电阻率有关的串联电阻。对于不同用途，应选用不同C和Vr特性的变容二极管，如有专用于谐振电路调谐的电调变容二极管、适用于参放的参放变容二极管以及用于固体功率源中倍频、移相的功率阶跃变容二极管等。

用于自动频率控制(AFC)和调谐用的小功率二极管称变容二极管。通过施加反向电压，使其PN结的静电容量发生变化。因此，变容二极管用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等。通常，既可采用硅的扩散型二极管，也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管，因为这些二极管对于电压而言，其静电容量的变化率特别大。结电容随反向电压U。变化，取代可变电容，用作调谐回路、振荡电路、锁相环路，常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路，多以硅材料制作。