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《迷人的8051單片機》----第2章 神秘的半導體 2.1 二極管
本節書摘來自華章出版社《迷人的8051單片機》一書中的第2章，第2.1節，作者高顯生，更多章節內容可以訪問雲棲社區“華章計算機”公眾號查看。
第2章
神秘的半導體
大自然的鬼斧神工還創造了另外一種材料，它的導電特性介於導體和絕緣體之間，在一定的條件下它是導體，而在另一種條件下它又會變成絕緣體，因此稱其為半導體。構成半導體最重要的兩種元素是矽和鍺。我們常聽說的美國矽穀，就是因為那裏有好多家半導體廠商而得名。使用半導體能製造出功能複雜的元器件和集成電路，以下我們要重點介紹使用半導體製造出來的革命性的元器件。
2.1 二極管
二極管應該算是半導體器件家族中的“元老”了。在20世紀六七十年代，人們熱衷於裝配一種礦石收音機來收聽無線電廣播，這種礦石收音機裏的主要部件就是一個二極管。將一個小的方鉛礦晶體放入一個大小合適的鉛盒裏，將引線分別從鉛盒和方鉛礦晶體的某一靈敏點引出，就構成了一個具有單向導電性的器件，其功能等效於一個檢波二極管，礦石收音機也因此得名。二極管最明顯的特性就是它的單向導電特性，它是一種隻往一個方向傳送電流的電子器件。按照製造材料的不同，二極管可分為矽二極管和鍺二極管兩種。
2.1.1 二極管的原理
二極管內部由一塊P型半導體和一塊N型半導體緊密地結合在一起而構成，在P型半導體和N型半導體的交界麵上形成一個特殊的分界麵，這個分界麵被稱為PN結。PN結具有單向導電性，電流隻能從P型半導體一端流向N型半導體一端，PN結的結構如圖2-1所示。
在圖2-1所示的結構上，將P型和N型半導體上各加上一根引線引出並封裝起來，就構成一個二極管。與P型半導體連接的引線為正極，與N型半導體連接的引線為負極。二極管的實物如圖2-2所示，每個二極管上有標注的一端為負極，在電路圖中二極管的表示符號如圖2-3所示。
2.1.2 二極管的功能
二極管具有單向導電性，主要用作整流（交流電變直流電）。二極管在電路中的整流作用原理如圖2-4所示。我們已經知道，交流電電壓的大小和方向是周期性變化的，圖2-4中變壓器的二次側與二極管和電阻器相連接，當變壓器的二次側產生交流電壓時，如果電壓相對於二極管是正向電壓，二極管導通，電路中有電流流過；當電壓為負向時，二極管截止，電路中沒有電流流過，即將電路中的電流方向變成了單向流動，交流電變成了脈動直流電。
另外，二極管在正向導通時，它的PN結間會有一個電壓降，這個正向壓降是穩定的，隻與二極管的製造材料有關，通常矽二極管的正向壓降為0.7V，鍺二極管為0.3V，利用這一特性，可以將二極管作穩壓或鉗位使用。
2.1.3 發光二極管
發光二極管簡稱“LED”，它是半導體二極管的一種，是可以將電能轉化成光能的二極管。從1960年人們發明了第一個發光二極管至今，二極管已經成為目前最重要的光源。從機場碼頭的電子屏幕，到寶馬、奧迪汽車的日間行車燈，發光二極管以各種姿態和顏色出現在日常生活中，大有取代傳統光源的趨勢。
與普通二極管一樣，發光二極管也是由一個PN結構成的，也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓後，會發射出可見光，不同的半導體材料製成的發光二極管會發出不同顏色的光，根據這一特性，可以將其用在電子設備中作為指示燈或顯示用。發光二極管的實物如圖2-5所示，在電路中的表示符號如圖2-6所示。
2.1.4 穩壓二極管
穩壓二極管的原理與我們前麵介紹的兩類二極管有所不同，它是利用二極管的反向特性製成的。二極管的基本特性是單向導通，當對其施加正向電壓時，二極管會導通，施加反向電壓時則截止，但這裏有一個前提，就是反向電壓不能超過二極管PN結的反向耐壓值。當電壓超過二極管的反向耐壓值後，二極管就會呈現出一種被擊穿的狀態，這時隻要限製反向電流的大小，二極管雖然被擊穿但不會被燒毀。二極管反向擊穿後，在一定的擊穿電流值範圍內，其兩端的電壓值是恒定的。穩壓二極管就是利用二極管的這一特性製成的，它在電路中的表示符號如圖2-7所示。
圖2-8所示的電路可以說明穩壓二極管的原理。12V的供電電壓由電壓源V1提供，經R1限流後，施加到穩壓二極管D1的兩端，由於穩壓二極管D1的反向耐壓隻有6.3V，所以D1擊穿，擊穿後電流趨於無限大，但由於限流電阻R1的限流作用，流過D1的電流會保持在一個固定的值，使D1不會過流而燒毀，這時D1會保持在這種反向擊穿的狀態，即使12V供電電壓有上下波動，電路中A點的電壓值也會始終保持在6.3V，這就是穩壓二極管的穩壓作用原理。
最後更新：2017-05-23 17:03:40