任务2 特殊二极管认知及应用
与普通二极管相比，特殊二极管在材料构成及结构和工艺等方面上有其独特性，它在电路中有着非常重要的作用，了解特殊二极管的结构特点及其作用，有利于电路的综合分析。由于其结构及工艺的特殊性，特殊二极管的测试方法与普通二极管也有一定的区别，掌握其测试方法和性能是学习二极管基本知识和技能的重要环节。
基本知识
一、稳压二极管
稳压二极管简称稳压管，它是用硅材料利用特殊工艺制造的二极管，具有稳定电压的特点，又称为齐纳二极管，封装方式及图形符号如图1.13所示。
图1.13 稳压管外形与符号
1.稳压作用及其伏安特性
稳压管就是利用二极管的反向击穿特性并用特殊工艺制造的面接触硅半导体二极管，由于采用特殊的制造工艺，稳压管具有低压击穿特性，而且击穿后允许流过的电流较大。只要反向电流不超过极限电流，管子工作在击穿区并不会损坏，属可逆击穿，这与普通二极管破坏性击穿是截然不同的。
稳压管的伏安特性曲线如图1.14所示，稳压时，稳压二极管工作在反向击穿状态。其正向特性与普通二极管相同，反向特性曲线在击穿区域比普通二极管更陡直，这表明稳压管击穿后，通过管子的电流变化（Δ Iz）很大，而管子两端电压变化（Δ Uz）很小，这说明稳压二极管两端电压基本保持一个固定值。利用这一特性，稳压管在电路中就能起稳压作用。
图1.14 稳压管的伏安特性曲线
在图1.15中，使用稳压二极管2CW53构成一个简单的稳压电路，改变电路中的电源电压值，尽管回路电流在一定范围内变化，但用万用表测量稳压二极管2CW53两端的电压基本保持5V不变。
图1.15 稳压管的应用
应当指出，虽然普通二极管的伏安特性与稳压二极管相似，但一般不能用来作为稳压管应用，主要原因有：一是同一型号的普通二极管反向击穿电压的离散性太大；二是允许通过的最大反向电流较小；三是击穿特性不够陡峭，稳压效果不够好；四是击穿电压太高，不能满足电路的要求。
稳压管主要用于恒压源、辅助电源和基准电源电路，在数字逻辑电路中还常用做电平转移等。
2.稳压管主要参数
稳压二极管的类型很多，主要有2CW、2DW系列，从晶体管手册中可以查到常用稳压二极管的技术参数和使用资料，表1.2为几种典型的稳压二极管技术参数。
表1.2 几种典型的稳压二极管技术参数表
稳压管主要参数如表1.3所示。
表1.3 稳压管主要参数
二、变容二极管
PN 结结电容的存在使二极管具有电容效应，二极管在反偏时的电容效应最为明显。二极管结电容的大小除了与本身的结构和工艺有关外，还与加的反偏电压有关。变容二极管就是利用 PN 结的电容效应，并采用特殊工艺使结电容随反向电压变化比较灵敏的一种特殊二极管。变容二极管在反向电压的作用下，结电容的变化范围很大，可由几皮法变到 300pF。普通二极管的结电容变化范围很小。
1.变容二极管的特性曲线及符号
在正常工作的情况下，变容二极管总是外加反向电压，反向电压UR与结电容Cj的关系曲线及变容二极管的符号如图1.16所示。
图1.16 变容二极管的特性曲线及符号
当反向电压UR为零时，Cj最大。随着UR的增大，Cj按指数规律下降。
2.工作原理
变容二极管的结电容主要由耗尽层引起。耗尽层内无载流子，相当于平行板电容器两个极板间的介质，当PN结的面积一定时，结电容Cj与耗尽层的宽度成反比；当外加反向电压减小时，耗尽层变窄，Cj增大，反之，Cj减小。所以，变容二极管相当于用电压来控制容量的可变电容，即压控电容。
3.应用
变容二极管的应用范围很广。在无线电广播和电视设备中，通常利用变容二极管代替调谐回路中的可变电容，如图1.17所示。
图1.17 变容二极管调谐电路
当调节电位器 RP 的中心抽头时，改变了加在变容二极管两端的电压UR的大小，使Cj发生变化，从而使调谐回路的谐振频率fo发生变化，达到选频的目的。电视机电调谐高频头的选台利用了这个原理。图中的RP相当于频道调节钮，调RP→UR变化→Cj变化→fo变化。当fo等于某频道电视信号的中心频率时，就把某频道的电视节目选取出来。
三、光电二极管
光电二极管又称为光敏二极管，是利用半导体的光敏特性制造的特殊二极管，其电路符号和元件外形如图1.18所示。当光照强度增加时，本征半导体激发产生的少子浓度也增多，如果二极管加反向偏压，则反向电流增大。因此光电二极管的反向电流随光照强度的增加而增大。为了便于接受光照，光电二极管的管壳上有一个玻璃窗口，通过玻璃窗口来接收入射光。显然光电二极管是在反偏电压下工作的。
图1.18 光电二极管
常用的光电二极管主要参数如表1.4所示。
表1.4 常用的光电二极管主要参数
表1.4中光电二极管主要参数说明如下。
（1）光电流：光电二极管在光照射时的反向电流。
（2）暗电流：光电二极管在无光照射时的反向电流。
（3）灵敏度：是指对给定波长的入射光，每接收单位光功率时输出的光电流。其单位是μA/μW。
（4）光谱范围：指光电二极管反映最佳的光谱范围。锗管的光谱范围要比硅管宽。
（5）峰值波长：指光电二极管有最佳响应的峰值波长。锗管的峰值波长为14 560A˚，硅管的波长为9 000A˚。
光电二极管可用于光的测量。制成大面积的光电二极管，可作为一种能源，成为光电池。其正极为二极管的阳极，负极为二极管的阴极，光电流基本与照度成正比。使用光电二极管时应加反向电压。检测光电二极管可使用万用表的R×1k 挡，要求无光照时电阻要大，有光照时电阻要小。若有、无光照时电阻差别很小，则表明光电二极管质量不好。
四、发光二极管
发光二极管是一种把电能转变成光能的半导体器件，简称LED，由磷化镓、砷化镓等半导体材料制成，电路符号如图1.19（a）所示。当给发光二极管加上正向偏压时，PN结两侧的多数载流子直接复合释放出光能。半导体材料受光的照射，价电子将吸收光能而变成自由电子，同时产生空穴。PN结加正向偏压时，P型区的空穴和N型区的电子穿过PN结，如在运动中复合，就有能量释放出来。由硅和锗半导体材料制成的 PN 结主要以热能的形式释放出载流子复合时的能量，而由磷化镓、砷化镓等半导体材料制成的 PN 结则是以光的形式释放出载流子复合时的能量。
发光二极管可以用直流、交流、脉冲电源点亮，常用来作为显示器件，正常发光时流过发光二极管的电流称为正向工作电流，一般为几毫安至十几毫安，管子的发光强度基本上与正向电流成线性关系。它的压降较高，正向电压多在 1.5～2.5V 之间，几种常见的发光二极管参数如表1.5所示。
表1.5 几种常见的发光二极管参数
发光二极管的种类按发光的颜色可分为红色、蓝色、黄色、绿色，还有三色变色发光二极管和眼睛看不见的红外光二极管；按外形中分为圆形、方形等。如图1.19（b）所示，对于发红光、绿光、黄光的发光二极管，引脚引线以较长者为正极，较短者为负极。如管帽上有凸起标志，那么靠近凸起标志的引脚就为正极。
图1.19 发光二极管的符号和外形
发光二极管的应用电路如图1.20所示。图1.20（a）为6V直流电压指示电路，图1.20（b）为220V交流电源插头上的通电指示电路。R为限流电阻，改变R的大小，就可以改变其发光的亮度。
图1.20 发光二极管的应用电路
基本技能
技能训练2 特殊二极管性能的简单测试
（一）发光二极管工作原理及简单测试
发光二极管是一种比较特殊的二极管，在实际中的应用极其广泛。
一般来说，引线较长的为正极，较短的为负极。对金属壳封装的发光二极管，靠近凸耳的那条引线为正极，另一条引线为负极。
发光二极管应用的等效电路如图1.21所示。
图1.21 发光二极管应用的等效电路
由图1.21可知，在使用发光二极管时，流过发光二极管的电流可以按下式计算：
式中，IF为工作电流；U为外加电压；UF为发光二极管正
向起始电压；R为限流电阻的阻值。常用的磷砷化镓、磷化镓发光二极管属于电流型的器件，即流过电流越大（极限值以内），管子越亮，改变R则可改变发光二极管的亮度。
用R×10k挡时表内接有15V（有些万用表为9V）高压电池，可以用来检测发光二极管，如图1.22所示。
图1.22 检测发光二极管
如果无论正向接入还是反向接入，表针都偏转到头或都不动，则说明该发光二极管已损坏。
装接发光管时要注意以下几点：
① 弯脚整形时，避免晃动根部，如图1.23所示；
图1.23 发光二极管的整形
② 焊接时要用镊子夹住引脚以散热，防止温度过高损坏内部结构；
③ 防止限流电阻太小而过流。
（二）用万用表判断几种特殊二极管的基本特性，并按照表格填写。
想一想
1.描述稳压二极管、变容二极管、光电二极管、发光二极管的特殊性。
2.如何检测发光二极管？
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