回到目錄 1. 發光二極體 發光二極體（light-emitting diode），簡稱LED，是最常用的一種特殊二極體，它在正偏時可以發出可見光或非可見光（紅外發光二極體），其電路符號如下： 圖 1-7.01 LED的基本工作原理是這樣的：前面在講PN結原理時曾經介紹過，當一些價電子吸收到外界的熱 ...
1. 發光二極體
發光二極體（light-emitting diode），簡稱LED，是最常用的一種特殊二極體，它在正偏時可以發出可見光或非可見光（紅外發光二極體），其電路符號如下：
圖 1-7.01
LED的基本工作原理是這樣的：前面在講PN結原理時曾經介紹過，當一些價電子吸收到外界的熱能或光子時，會使自己能級提高，進而躍升到導帶稱為自由電子。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。普通二極體釋放的是熱能，而發光二極體釋放的是光子。
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，然後作為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，主要取決於不同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，所以一般做電路設計時會將LED的典型平均工作點假設為VF=2V，IF=20mA。
大約在20世紀90年代以後，藍色光和白色光的LED先後被髮明出來，在表中可以看到，藍色和白色LED的正偏電壓要明顯高於以前的LED，所以一般假設白光LED的VF=4V，藍光LED的VF=5V，正偏電流仍為IF=20mA。（在上面1-4小節的案例中，我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，以增強印象。）
一般來說，LED的發光強度隨著正偏電流的增大而增大，但電流增大到一定程度後就會飽和，此時發光強度不再增大，具體設計時還是要以數據手冊提供的曲線和數據為準。
最後需要註意一下的是，LED的反向擊穿電壓比較小，典型值只有3~5V，而普通二極體的反向擊穿電壓一般都高達幾十伏到幾百伏，這個在LED設計時要註意保護。
2. 光敏二極體
光敏二極體（phtodiode）的工作原理與發光二極體相反，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收外部光子能量而產生新的“電子-空穴”對，然後在反偏電壓的推動下形成反偏電流，反偏電流隨光強度的增大而增大。光敏二極體的電路符號如下圖所示：
圖 1-7.02
光敏二極體的偏置電壓和偏置電流一般記為Vλ和Iλ，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為暗電流（dark current），當光照增加時，反向電流會增大，Lux（勒克斯）為照度單位。在圖中可以看到，不同光照度下光敏二極體的伏安曲線幾乎是等間距的，因此，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，常常用紅外LED和光敏二極體組成對管，來製作紅外遙控收發電路，這個我們以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結二極體，它與光敏二級管最大的不同在於，太陽能電池不需要外部反偏電壓，只要有光照，它就能自己形成電勢差，當連接上外部負載時，它就能自發形成電流。
太陽能電池作為一種PN結，單個能產生的電壓不高，僅在0.5V~0.6V左右，一般在應用中會將多個太陽能電池串聯起來以獲得更高的電壓。
4. 變容二極體
變容二極體（varicap diode）也叫變容管（varactor），它的結電容會隨著反偏電壓的大小而變化，通常用於無線收音機和通信系統的電子諧調電路中。
無線接收機一般通過調節諧振電路的電容值來實現對不同頻率信號的選頻，以前的可變電容都是機械式的，需要通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。後來的變容二極體可以實現電子式調整，當反偏電壓增大時，耗盡層增厚，相當於電容的兩塊極板間的距離增大，因而電容值減小；反之則電容值增大。
變容二極體的電路符號如下圖所示：
圖 1-7.05
關於電路符號這裡多說幾句，現在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相容，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，很多技術資料和文檔用的都是IEEE體系符號，所以兩種都要能看懂。
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