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　　特殊二極管的種類繁多，林林總總大概有十幾種吧，我也沒有全都用過。因此這小節僅僅介紹一些比較常用的特殊類型二極管，其他的等以後有機會用到瞭再補充吧。

1. 光電類

（1）發光二極管

　　發光二極管（light-emitting diode），簡稱LED，是最常用的一種特殊二極管，它在正偏時可以發出可見光或非可見光（紅外發光二極管），其電路符號如下：

圖1-8.01

　　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pn結正偏時，n區的自由電子穿過pn結進入P區後，會與P區的空穴復合，然後作為價帶電子一路運動到電源正極。當導帶的自由電子跌落到價帶與空穴復合時，本身的能級會降低，因此會釋放出熱能或光子。普通二極管釋放的是熱能，而發光二極管釋放的是光子。

　　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）	1.8V
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

　　長期以來，人們能用的LED隻有紅、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 small V_F = 2 ,{rm V} ， small I_F = 20, {rm mA} 。

　　大約在20世紀90年代以後，藍色光和白色光的LED先後被發明出來，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 small V_F = 4 , {rm V} ，藍光LED的 small V_F = 5 , {rm V} ，正偏電流仍為 small I_F = 20, {rm mA} 。

　　一般來說，LED的發光亮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，此時發光亮度不再增大，具體設計時還是要以數據手冊提供的曲線和數據為準。

　　控制LED亮度最好的方法是使用電流源做驅動，這樣可使其亮度基本保持不變。而如果使用電壓源來驅動LED，時間長瞭以後，會因為電壓源內阻或LED線路內阻產生變化而使得LED中的電流不再等於出廠時的電流，從而使得LED亮度也發生變化。所以市面上一些照明用的LED驅動器，電流源驅動器普遍要比電壓源驅動器貴一些。

　　最後需要註意一下的是，LED的反向擊穿電壓比較小，典型值隻有3~5V，而普通二極管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）光敏二極管

　　光敏二極管（phtodiode）的工作原理與發光二極管相反，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。光敏二極管在 GB/T 4278 中並無指定符號，其他常見的表示符號如下圖所示：

圖 1-8.02

　　光敏二極管的偏置電壓和偏置電流一般記為 small V_lambda 和 small I_lambda ，其伏安曲線和光照度的關系見下圖所示：

圖 1-8.03

　　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管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系，見下圖所示：

圖 1-8.04

　　發光二極管可以和光敏二極管組合使用可以實現很多應用。比如，用可發出紅外光的LED和對應的光敏二極管組合使用，就可以組成紅外遙控收發電路。

　　如果將LED和光敏元件封裝在一個器件中，就可以組成一個光耦。不過一般商用光耦中使用的光敏器件都是光敏三極管。光敏三極管和光敏二極管的區別在於光敏三極管有放大作用，可以輸出更大的電流，因此可直接驅動一些功率較大（mA級）的設備。

（3）太陽能電池

　　太陽能電池（solar cell）也是一種特殊的pn結二極管，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，隻要有光照，它就能在pn結周圍源源不斷激發出新的電子-空穴對，這些新的少子進入內建電場後，會被內建電場加速，形成電動勢。當連接上外部負載時，它就能自發形成回路電流。由於太陽能電池是一種少子電流，因此它的電流方向和pn結反偏電流方向相同。

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。

　　一般在海平面高度，太陽光能照能提供的總能量大約在 small rm 1kW/m^2 左右，但這些能量並不能完全被太陽能電池吸收轉換成電能。在實驗室能做到轉換效率達40%以上的太陽能電池板，目前市面上的商用太陽能電池板的轉換效率大約在20%左右。

2. 高頻類

（1）肖特基二極管

　　肖特基二極管（Schottky diode）也叫熱載流子二極管（hot carrier diode）， 主要用於射頻電路和高速計算機電路中，它的主要優點是：反向恢復時間短、低噪音、正偏閾值電壓低（意味著低功耗）。不同於普通的矽二極管，肖特基二極管兩邊的材料分別為金屬和n型摻雜矽（極少情況下也有p型），常用的金屬材料有：鉬、鉑、鉻、鎢等。

　　因為肖特基二極管兩邊的載流子都為電子，它在由正偏轉向反偏時，沒有對方區域的“存儲電荷”問題，因此反向恢復時間比普通二極管要短得多（通常為普通矽二極管的1/5左右）。肖特基二極管內部也有結合面（junction surface），也有耗盡區，不過它的原理跟普通的pn結不一樣，隻能用能帶理論來解釋：

　　在n型半導體導帶的能級要高於金屬的導帶能級，n區的自由電子所擁有的動能也要要高於金屬區中的自由電子動能。n區的自由電子擴散到瞭金屬區後，由於它一開始攜帶的能量比較高，因此也被稱為熱載流子（hot carriers）。但是自由電子到瞭金屬區後，自由電子的能級會降低，就回不到原來的n區瞭。因此在結的金屬區一邊會積累起一定的負電荷，而在結的n區一邊會積累起一定的正電荷（失去瞭一些電子），這樣就會在結附近形成一個耗盡區，或稱為面勢壘（surface barrier）。這個面勢壘也會阻止n區的自由電子繼續擴散到金屬區，其勢壘電壓大約在0.25V左右。因此肖特基二極管的正偏導通電壓也在0.25V左右，要小於普通矽二極管的0.7V。

　　由於肖特基二極管的內部勢壘電壓較低，因此它的反偏飽和電流（漏電流）也要大大高於普通的矽二極管，反偏漏電流受溫度影響也更大。現代半導體的一個持續研究方向就是如何降低肖特基二極管的反偏漏電流，現在一些比較成熟的商用肖特基二極管已經可以做到在室溫條件下把反偏漏電流保持uA級的水平瞭，對於一些大功率肖特基二極管（例如正偏電流50A），也可以做到反偏漏電流保持在mA級的水平。肖特基二極管的另一個主要缺點是反向擊穿電壓較低，對於同樣電流規格的二極管，如果矽二極管能做到反偏擊穿電壓在150V的話，肖特基二極管隻有50V左右。這也是肖特基二極管應用時要小心的一個地方。

　　肖特基二極管 GB/T 4278 中並無指定符號，其他常見的表示符號如下圖所示：

圖 1-8.05

（2）變容二極管

　　變容二極管（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。後來的變容二極管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。

　　變容二極管的電路符號如下圖所示：

圖 1-8.06

（3）PIN二極管

　　PIN二極管（PIN diode）的構造如其名字所述，在p區和n區之間夾瞭一層純矽的本征半導體（intrinsic），PIN二極管在射頻和微波電路中可以充當可變電阻用。當其正偏時，相當於一個電流控制的電阻：電流越大電阻越小。當其反偏時，相當於一個固定電容。

3. 其他類

（1）壓敏電阻器

　　壓敏電阻器（varistor）又叫瞬態抑制器（transient suppressor）、雙向擊穿二極管（bidirectional breakdown diode），是一種電壓敏感器件，廣泛應用於電力系統中。從下圖的符號中就可以看出，它相當於兩個背靠背的齊納二極管串聯在一起，在正負兩個方向上都可以吸收瞬間的尖峰高電壓脈沖而起到穩壓和保護作用。一般壓敏電阻的擊穿范圍可選擇在幾十至幾百伏不等，能夠吸收幾百安培的瞬態尖峰電流。其電路符號如下圖所示：

圖 1-8.07

（2）穩流二極管

　　穩流二極管（current regulator diode）也叫恒流二極管（constant current diode），是近年來新面世的半導體器件。它的作用與齊納二極管類似，不過它穩定的不是電壓，而是電流。在它兩端的電壓發生改變時，它可以保持流過二極管的電流不變。近來在LED驅動電路中，開始用這種簡單的穩流二極管電路來替代以前較為復雜的恒流源驅動電路。

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