發光二極體：一顆看得見的二極體
發光二極體首先是一顆二極體。給它順向偏壓，電流就像你在第一篇看到的那樣灌過接面；新的把戲在於：電子跨越能隙落下時，把能量交出成為光子，於是發光二極體便發亮。給它逆向偏壓，它就和任何二極體一樣阻斷——並維持黑暗。所以你已經懂的一切都適用：它有陽極與陰極、有一個膝點，還有一個你必須付出才能讓它導通的順向壓降。
唯一的大差別是過路費的大小。普通矽二極體大約壓降 0.7 V，但發光二極體的壓降取決於顏色——紅色約 1.8 V、黃色約 2.1 V、藍綠或白色則約 3.0 至 3.4 V，因為越偏藍的光代表光子能量越高、能隙越寬。不論什麼顏色，它的 I-V 曲線依舊是那條陡得驚人的指數線：一旦到達膝點，多一點點電壓，就會讓電流——連同亮度與發熱——一飛沖天。
把限流電阻算對
那個夥伴就是限流電阻。把一個電阻與發光二極體串聯，兩者便共享電源：發光二極體頑固地守住它的順向壓降，電阻則吞下剩餘的一切。由於電阻遵守歐姆定律——一條乾淨的直線，而非指數——它能溫和而可預測地設定電流，這正是二極體模型那個算例給的設計教訓。發光二極體自己壓降是多少幾乎無所謂；主導局面的是電阻。
- 從發光二極體規格書挑定你的目標電流——例如指示燈舒適又有效率的亮度取 10 mA（許多指示燈在 2 至 20 mA 間都運作良好）。
- 算出電阻必須承擔的電壓：電源減去發光二極體壓降。以 5 V 電源、紅色發光二極體約 2 V 來說，就是 5 - 2 = 3 V。
- 除以目標電流：R = (5 - 2) / 0.01 = 300 ohm。最接近的標準值是 330 ohm，會得到 (5 - 2) / 330 ≈ 9 mA——夠接近了，而且偏低一點是安全的。
- 檢查電阻的功率：P = (5 - 2) times 0.01 = 0.03 W = 30 mW。常見的 1/4 W（250 mW）電阻對此根本不當回事，所以它會涼涼地運作。完成。
兩個誠實的提醒。第一，提高電源，電阻的功率消耗會迅速攀升——用 12 V 去驅動同一顆 10 mA 的發光二極體，電阻必須壓降 10 V，燒掉 (12 - 2) times 0.01 = 0.1 W，所以每次都要檢查額定值。第二，絕不要把好幾顆發光二極體並聯共用一個電阻：它們的壓降略有差異，壓降最低的那顆會獨佔電流，其餘的則暗淡無光。給每顆發光二極體各自的電阻，或者把它們串聯，讓它們按定義共享同一道電流。
飛輪二極體：攔下電感反衝
現在來談一個保護任務。回想一下，電感是電流的飛輪：它抗拒流經它的電流發生任何突然的變化。一個繼電器線圈、一個螺線管、一具馬達——每一個都是大電感。當電流流動時，它把能量儲存在磁場裡，飛輪正在旋轉。麻煩來自你把它關掉的那一刻。
電感的電壓是 V = L times（電流的變化率）。打開開關，你就是想逼電流幾乎瞬間歸零——一個極其巨大的變化率——於是線圈以一個極其巨大、極性相反的電壓尖峰回敬，常達數百伏特，因為它拚命想維持自己的電流。這個尖峰就是電感反衝，它會樂於擊穿剛剛打開的任何電晶體或開關，或在機械接點上拉出電弧、把接點蝕出凹坑。解法是給那道飛輪電流一個能溫和滑行到停下的去處。
那個去處就是飛輪二極體（又稱續流二極體），直接跨接在線圈兩端，但方向相反——陰極接正端。開關導通時，二極體處於逆向偏壓、隱形不見。開關一打開、線圈試圖把它那端往反方向甩成正電壓的瞬間，二極體變成順向偏壓並提供一個迴路：飛輪二極體給電流一條路，讓它無害地繞著線圈本身的電阻循環，平滑衰減而非尖峰暴衝。反衝被箝制在比電源高約一個二極體壓降——這是 0.7 V 輕推與 300 V 處決之間的差別。
截波器與箝位器：重塑一道波
同一個單向閥也能即時重塑訊號。截波器（或稱限幅器）把一顆二極體並聯在訊號上，瞄準一個參考準位。只要訊號保持在那個準位以下，二極體就處於逆向偏壓、什麼都不做；訊號一試圖爬過那個準位加上一個二極體壓降，二極體便導通、把多出來的部分分流掉，削平峰頂。把兩顆二極體分別瞄準兩條電源軌，任何衝過頭的輸入都會被截到大約超出各軌一個二極體壓降——這是一個微小、瞬時的截波器，守護著嬌貴的輸入，與幾乎每根晶片接腳內建的靜電放電防護箝位二極體是同一個點子。
CLIPPER CLAMP Job chops / limits the peaks shifts the whole DC level Topology diode in PARALLEL, to a rail series CAP, then diode to a rail Output flattened where it clips same SHAPE, moved up or down Reads as "go no higher than here" "sit your low peak right here" Typical use input protection, wave shaping DC restorer, level shifting
箝位器做的是另一件事：它把整道波形上移或下移，卻不改變形狀。把一個電容串聯在訊號上，再從輸出節點接一顆二極體到某個參考。在第一個讓二極體順向偏壓的峰值上，電容充電到峰值並守住它，像是記住了波擺動了多遠；從此它把那個儲存的偏移加到之後的每一個週期。經典結果是一個箝位器（或稱直流還原器），把交流波的低峰釘在接近 0 V，使整個訊號都騎在地之上——這正是老式視訊電路重建黑準位的方式。截波是為了限制擺幅；箝位是為了搬移它。
蕭特基、保護，以及收束本階
有一位親戚不斷出現，因為它修補了二極體日常的兩個弱點。蕭特基二極體以金屬對矽的接觸換掉 PN 接面，給出約 0.2 至 0.4 V 的低順向壓降，以及幾乎沒有回復延遲的極快切換。這使它成為高頻整流器、切換式電源裡攔反衝、以及任何 0.7 V 過路費會浪費寶貴餘裕之處的首選。誠實的取捨是：蕭特基在逆向漏得更多、崩潰電壓也較低，所以它不是放到哪裡都能直接替換。
保護是二極體另一項默默無聞的事業。在電路板的電源輸入端串一顆二極體，若有人把電池反接，它就阻斷電流——這是逆向極性保護，代價是一個順向壓降（用蕭特基或 MOSFET 把這個損失搶回來）。而在敏感輸入上反接一顆二極體，會在任何負向尖峰造成傷害之前，把它分流到地。注意這個反覆出現的模式：二極體只是給雜散電流一條安全的單向通路，引到一個它造不成損害的地方。
這便收束了二極體這一階。你現在掌握了整個家族：單向閥及其0.7 V 模型、整流器、儲能電容與它的漣波、稽納參考——以及現在的發光二極體、飛輪二極體、截波器、箝位器與蕭特基。每一個都是同一個簡單點子，瞄準不同的問題。接下來這座階梯要爬向一個不只是引導電流、還能放大電流的元件：電晶體，正是它把這些被動把戲變成主動電路。