1.稳压管
稳压二极管是电子电路特别是电源电路中常见的元器件之一，与普通二极管不同的是，稳压管的正常工作区域是反向齐纳击穿区，故而也称为齐纳二极管，实物及图符号如图1.12所示。
稳压二极管是由硅材料制成的特殊面接触型晶体二极管，其伏安特性与普通二极管相似，如图1.13所示。由于稳压二极管的反向击穿可逆，因此工作时不会发生“热击穿”，图1.13所示稳压管的反向击穿特性比较陡直，说明其反向电压基本不随反向电流变化而变化，这就是稳压二极管的稳压特性。
由稳压管的伏安特性曲线可看出：稳压二极管反向电压小于其稳压值UZ时，反向电流很小，可认为在这一区域内反向电流基本为零。当反向电压增大至其稳压值UZ时，稳压管进入反向击穿工作区。在反向击穿工作区，通过管子的电流虽然变化较大（常用的小功率稳压管，反向工作区电流一般为几毫安至几十毫安），但管子两端的电压却基本保持不变。利用这一特点，把稳压二极管接入如图1.14所示的稳压管稳压电路，其中R为限流电阻，RL为负载电阻，只要输入反向电压在超过UZ的范围内变化，负载电压则一直稳定在UZ。即当电源电压波动或其他原因造成电路各点电压变动时，稳压管可保证负载两端的电压基本不变。
稳压二极管与其他普通二极管的最大不同之处就是它的反向击穿可逆，当去掉反向电压时稳压管也随即恢复正常。但任何事物都不是绝对的，如果反向电流超过稳压二极管的允许范围，稳压二极管同样会发生热击穿而损坏。因此，实际电路中，为确保稳压管工作于可逆的齐纳击穿状态而不会发生热击穿，稳压二极管使用时一般需串联限流电阻，以确保工作电流不超过最大稳定电流IZmax。
稳压管常用在小功率电源设备中的整流滤波电路之后，起到稳定直流输出电压的作用。除此之外，稳压管还常用于浪涌保护电路、电视机过压保护电路、电弧控制电路、手机电路等。例如，在手机电路中，手机电路中所用的受话器、振动器都带有线圈，当这些电路工作时，由于线圈的电磁感应常会导致一个个很高的反向峰值电压，如果不加以限制就会引起电路损坏，而用稳压二极管构成一定的浪涌保护电路后，就可以起到防止反向峰值电压引起的电路损坏。
图1.13 稳压管的伏安特性
描述稳压管特性的主要参数为稳压值UZ和最大稳定电流IZmax。
稳定电压UZ：是稳压管正常工作时的额定电压值。由于半导体生产的离散性，手册中的UZ往往给出的是一个电压范围值。例如，型号为2CW18的稳压管，其稳压值为10～12V。这种型号的某个管子的具体稳压值是这个范围内的某一个确定的数值。
最大稳定电流IZmax：是稳压管的最大允许工作电流。在使用时，实际电流不得超过该值，超过此值时，稳压管将出现热击穿而损坏。
除此之外，稳压管还有以下参数：
稳定电流IZ：指工作电压等于UZ时的稳定工作电流值。
耗散功率PZm：反向电流通过稳压二极管的PN结时，会产生一定的功率损耗使PN结的结温升高。PZm是稳压管正常工作时能够耗散的最大功率。它等于稳压管的最大工作电流与相应工作电压的乘积，即PZm=UZIZmax。如果稳压管工作时消耗的功率超过了这个数值，管子将会损坏。常用的小功率稳压管的PZm一般约为几百毫瓦至几瓦。
动态电阻rZ：指稳压管端电压的变化量与相应电流变化量的比值，即rZ=ΔUZ/ΔIZ。稳压管的动态电阻越小，则反向伏安特性曲线越陡，稳压性能越好。稳压管的动态电阻值一般在几欧至几十欧之间。
2.发光二极管
半导体发光二极管 （LED）是一种把电能直接转换成光能的固体发光元件，发明于20世纪60年代，在随后的数十年中，其基本用途是作为收录机等电子设备的指示灯。与普通二极管一样，发光管的管芯也是由PN结组成，具有单向导电性。在发光二极管中通以正向电流，可高效率地发出可见光或红外辐射，半导体发光二极管的电路图符号与普通二极管一样，只是旁边多了两个箭头，如图1.15所示。
图1.14 稳压管稳压电路
发光二极管两端加上正向电压时，空间电荷区变窄，引起多数载流子的扩散，P区的空穴扩散到N区，N区的电子扩散到P区，扩散的电子与空穴相遇并复合而释放出能量。对于发光二极管来说，复合时释放出的能量大部分以光的形式出现，而且多为单色光 （发光二极管的发光波长除了与使用材料有关外，还与PN结所掺入的杂质有关，一般用磷砷化镓材料作成的发光二极管发红光，磷化镓发光二极管发绿光或黄光）。随着正向电压的升高，正向电流增大，发光二极管产生的光通量也随之增加，光通量的最大值受发光二极管最大允许电流的限制。
发光二极管属于功率控制器件。由于发光二极管发射准单色光、尺寸小、寿命长和价格低廉，它被广泛用作电子设备的通断指示灯或快速光源、光电耦合器中的发光元件、光学仪器的光源和数字电路的数码及图形显示的七段式或阵列式器件等领域。发光二极管的工作电流一般为几毫安至几十毫安之间。
图1.15 发光二极管的电路图符号(www.xing528.com)
随着近年来发光二极管发光效能逐步提升，充分发挥发光二极管的照明潜力，将发光二极管作为发光光源的可能性也越来越高，发光二极管无疑为近几年来最受重视的光源之一。一方面凭借其轻、薄、短、小的特性，另一方面借助其封装类型的耐摔、耐震及特殊的发光光形，发光二极管的确给了人们一个很不一样的光源选择。但是在人们只考虑提升发光二极管发光效能的同时，如何充分利用发光二极管的特性来解决将其应用在照明时可能会遇到的困难，目前已经是各国照明厂家研制的目标。有资料显示，近年来，科学家开发出用于照明的新型发光二极管灯泡。这种灯泡具有效率高、寿命长的特点，可连续使用10万h，比普通白炽灯泡寿命长100倍。
3.光电二极管
图1.16 光电二极管的电路图符号
光电二极管也是一种PN结型半导体元件，可将光信号转换成电信号，广泛应用于各种遥控系统、光电开关、光探测器以及以光电转换的各种自动控制仪器、触发器、光电耦合、编码器、特性识别、过程控制、激光接收等方面。在机电一体化时代，光电二极管已成为必不可少的电子元件。光电二极管的电路图符号如图1.16所示。
光电二极管在结构上和普通二极管相比，为了便于接受入射光照，光电二极管的电极面积尽量做得小一些，PN结的结面积尽量做得大一些，而且结深较浅，一般小于1μm。光电二极管工作在反向偏置的反向截止区，光电管的管壳上有一个能射入光线的“窗口”，这个 “窗口”用有机玻璃透镜进行封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。当没有光照时，光电二极管的反向电流很小，一般小于0.1μA，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，使部分价电子获得能量后挣脱共价键的束缚成为电子—空穴对，称为光生载流子。光生载流子的数目与光照射强度成正比，光的照射强度越大，光生载流子数目越多，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作光电流。如果在外电路接上负载，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。
光电二极管用途很广，有用于精密测量的从紫外到红外的宽响应光电二极管、紫外到可见光的光电二极管，用于一般测量的可见至红外的光电二极管以及普通型的陶瓷/塑胶光电二极管。精密测量光电二极管的特点是高灵敏度、高并列电阻和低电极间电容，以降低和外接放大器之间的噪音。光电二极管还常常用作传感器的光敏元件，或将光电二极管作成二极管阵列，用于光电编码，或用在光电输入机上作光电读出器件。
光电二极管的种类很多，多应用在红外遥控电路中。为减少可见光的干扰，常采用黑色树脂封装，可滤掉700nm波长以下的光线。光电二极管对长方形的管子往往做出标记角，指示受光面的方向。一般情况下管脚长的为正极。
光电二极管的管芯主要用硅材料制作。检测光电二极管好坏可用以下三种方法：
（1）电阻测量法。用万用表R×100或R×1k挡。像测普通二极管一样，正向电阻应为10kΩ左右，无光照射时，反向电阻应为∞，然后让光电二极管见光，光线越强反向电阻应越小。光线特强时反向电阻可降到1kΩ以下。这样的管子就是好的。若正反向电阻都是∞或零，说明管子是坏的。
（2）电压测量法。把指针式万用表接在直流1V左右的挡位。红表笔接光电二极管正极，黑表笔接负极，在阳光或白炽灯照射下，其电压与光照强度成正比，一般可达0.2～0.4V。
（3）电流测量法。把指针式万用表拨在直流50μA或500μA挡，红表笔接光电二极管正极，黑表笔接负极，在阳光或白炽灯照射下，短路电流可达数十到数百微安。
本节重要知识点学习检测
1.二极管的伏安特性曲线上可分为哪几个区？各区电压、电流具有何特点？
2.何谓电击穿？电击穿包括哪些形式？哪种击穿能让二极管造成永久损坏？
3.把一个1.5V的干电池直接正向连接到二极管的两端，会出现什么问题？
4.理想二极管电路如图1.17所示。已知输入电压ui=10sinωt（V），试画出输出电压u0的波形。
图1.17 重要知识点学习检测题1.3.4电路图
5.现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V 和8V，正向导通电压为0.7V。试问：
（1）若将它们串联相接，可得到几种稳压值？ 各为多少？
（2）若将它们并联相接，又可得到几种稳压值？各为多少？
6.在图1.18所示电路中，发光二极管导通电压UD=1.5V，正向电流在5～15mA时才能正常工作。试问图中开关S在什么位置时发光二极管才能发光？ R的取值范围又是多少？
图1.18 重要知识点学习检测题1.3.6电路图
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