※第三节　特殊二极管

除前面所介绍的普通二极管外，还有若干种特殊用途的二极管，如稳压二极管、光电二极管、发光二极管、变容二极管等，现分别介绍如下。

一、稳压二极管

稳压二极管是一种用特殊工艺制成的面接触型硅二极管。它是利用PN结反向击穿时，流过PN结的电流在较大范围内变化，而端电压基本不变的特点来实现稳压的。

1.稳压管及其伏安特性

稳压二极管简称稳压管，一般工作在反向击穿区，它的伏安特性曲线及其图形符号如图1-22所示。由图1-22可以看出，稳压管的正向伏安特性与普通二极管相似，不同的是其反向击穿特性很陡峭。当稳压管的外加反向电压增大到一定值时，稳压管反向击穿，其端电压基本不随电流变化而变化，因而具有稳压作用。

工作时只要在外电路上采取适当的限流措施，就能保证稳压管在击穿区内安全工作。

2.稳压管的主要参数

（1）稳定电压UZ。稳定电压实际上就是稳压管的击穿电压。通常是指流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。不同型号的稳压管有不同的稳定电压值，一般为2～35V，高的可达200V，以满足不同的使用要求。由于制造工艺的分散性，即使是同一型号的稳压管其UZ也不相同，例如2CW54的UZ为5.5～6.5V。但就一个具体稳压管来说，对应一定的工作电流，就有一个确定的稳定电压值。

（2）最小稳定电流IZmin。最小稳定电流通常是指稳压二极管工作于击穿区的最小工作电流。当稳压二极管的工作电流小于IZmin时，则不能稳压。

（3）最大稳定电流IZmax。当流过稳压管的电流超过最大稳定电流IZmax时，稳压管的功耗增加，结温升高，稳压管就会热击穿，造成永久性损坏，使用时不允许超过此值。

（4）额定功耗PZM。额定功耗由稳压管的最高结温所决定。为保证稳压管不致因电流过大而造成永久性损坏，所限定的稳压管的功耗为额定功耗PZM，即

PZM=IZmaxUZ　　（1-3）

（5）动态电阻rZ。动态电阻是指在稳定电压范围内，稳压管端电压的变化量与电流的变化量之比，即

显然，当电流变化量ΔIZ一定时，动态电阻rZ越小，则稳定电压的变化量ΔUZ越小，稳定性能越好。rZ一般在几欧至几十欧之间，它与工作电流大小有关，电流越大，rZ越小。

（6）温度系数αZ。它是反映稳定电压UZ受温度影响的参数。当温度变化时，稳定电压也将发生微小变化。通常用温度每升高1℃，稳压值的相对变化量（ΔUZ/UZ）来表示稳压管的温度稳定性，称为温度系数αZ，且。αZ越小，稳压值受温度的影响越小。

3.稳压管的应用

稳压管的典型应用是并联型稳压电路，如图1-23所示。图中Ui为输入电压，一般来自整流滤波电路输出的直流电压，要求输入电压满足Ui>UZ。R为限流电阻，限制稳压管的电流不超过IZmax。稳压管VZ与负载RL并联，输出电压为Uo，且有Uo=UZ。

所谓稳压，就是当输入电压Ui或负载电阻RL发生变化时，输出电压Uo能保持不变。该电路的稳压原理是，当Ui或RL发生变化时，稳压管VZ的电流变化使限流电阻压降相应变化，从而使Uo基本保持不变。例如，当RL一定时，而Ui发生变化，其稳压过程可简单表述如下：

Ui↑→Uo↑→IZ↑→I↑（=IZ+IL）→UR↑→Uo↓（Uo=Ui-UR）

当Ui下降时，稳压过程相似，但各电量的变化方向相反。

同理，当Ui一定，RL发生变化时，稳压管两端的电压仍基本保持不变。

总之，在稳压过程中，是依靠稳压管在反向击穿时，电流急剧变化而端电压基本不变来实现稳压的。电路中限流电阻必不可少，而且必须合理取值，以保证在Ui、RL变化时，稳压管中的电流IZ满足条件：IZmin<IZ<IZmax，从而保证稳压管能安全地实现稳压。

二、光电二极管

光电二极管是一种将光信号转变为电信号的特殊二极管，又称光敏二极管。与普通二极管一样，其基本构成也是一个PN结，不同的是它的PN结面积做得较大，以增大受光面积；再有外形上，光电二极管的管壳上开有一个玻璃窗口，以便于光线射入。

光电二极管工作在反向偏置下，当无光照时，只有很小的反向电流（称为暗电流）流过；当有光照射时，就能产生比无光照时大得多的反向电流，此反向电流与光照强度成正比。如果外电路接上负载电阻，便可获得随光照强弱变化的电压信号，从而实现光电转换。

光电二极管作为光电器件，广泛应用于光的测量和光电自动控制系统，如光纤通信中的光接收机、电视机和家庭音响的遥控接收等，都离不开光电二极管。大面积的光电二极管可用来作为能源，即光电池，是一种最有发展前途的绿色能源。光电二极管的简单应用如图1-24所示。

图1-24（a）所示为一般光电转换电路，US为光电二极管提供反向偏置电压，有光照射时负载RL中便产生电流，称为光电流，光电流在负载电阻RL上产生电压，光照越强，RL上产生的电压Uo越大，实现了将光信号转换成电信号。图1-24（b）所示为光控开关电路，KA为高灵敏度的继电器，有光照射时，光电二极管产生的光电流通过线圈，使继电器的常开触点闭合。图1-24（c）所示为光电池控制电路，当光电池PC1、PC2受到光照射而产生电势时，触发晶闸管VT导通，则此时便有9V直流电压加于负载上。UA可以接收音机、灯泡或其他用直流电源的电子装置，达到光电控制的作用。

三、发光二极管和光耦合器

发光二极管是一种将电能转换成光能的特殊二极管，简写成LED（light emitting diode）。它由砷化镓、磷化镓等化合物半导体制成，基本结构是一个PN结，当外加正向电压时，就会发出光来，发光的颜色取决于所采用的半导体材料，目前使用的有红、橙、黄、绿、蓝等颜色的发光二极管。其外形有圆形、长方形等数种，图形符号如图1-25所示。发光二极管的伏安特性曲线与普通二极管类似，但正向导通压降比普通二极管高，一般为1.5～3V，允许通过的电流为2～20mA，电流的大小决定发光的亮度。应用时必须加正向电压，并接入相应的限流电阻。

发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定且亮度比较高、响应速度快以及使用寿命长等优点，是一种良好的发光器件，在各种电子设备、家用电器以及显示装置中得到广泛的应用。除单个使用外，还可将多个LED按分段式制成数码管或做成矩阵式显示器，如数字电路中的七段数码管；还可将电信号变成光信号进行光缆传输；闪烁发光的二极管能引起人们的警觉，可用于光报警电路；目前已开发生产出一种高亮度的发光二极管用于照明，其发光效率是普通白炽灯的10倍以上，它的应用将是照明领域的一次革命。

图1-26（a）所示为LED作电源通断指示，它与稳压二极管串联，它的正向压降作为稳压值的一部分，其工作电流受电阻R的限制，电源有电时它发出的光作为电源指示灯。图1-26（b）所示为光电传输系统，LED发射电路通过光缆驱动光电二极管。发射端的脉冲信号通过电阻R1作用于LED，使LED产生一串数字光信号，并作用于光缆，LED发出的光信号约有20％耦合到光缆；在接收端传送的光中，约有80％耦合到光电二极管，以致在接收电路的输出端复原为原来的数字信号。

光耦合器是由发光二极管与光敏器件组成的。光耦合器的结构如图1-27（a）所示。实际光耦合器中的发光器件一般为砷化镓发光二极管，有时也用氖泡代替；光敏器件则一般为硅光电器件（如硅光电二极管、硅光电晶体管、光控晶闸管、硅光电池等）和光敏电阻，它们各有特点。

图1-27（b）为一电流、电压分别为10A、25V的直流固态继电器电路。当控制电压（3～5V）加在光耦合器输入端时，光电晶体管导通，经过放大后（放大器的工作原理将在后面章节介绍）就可以控制高压直流端负载与电源接通。光耦合器控制电路与有触点功率开关相比具有无触点、无火花、切换频率高和使用寿命长的优点。

四、变容二极管

变容二极管是利用PN结的电容可变原理制成的特殊二极管。它工作在反向偏置状态，电容量与反偏电压的大小有关。改变其两端的反偏电压，就可以改变电容量，即反向电压增大时，结电容减小；反之，结电容增大。由于它无机械磨损且体积小，当作可调电容被广泛应用于高频技术中，如彩电调谐器实现频道选择。不同型号的变容二极管，其容量变化的范围也不一样，一般从几皮法至几百皮法。