《迷人的8051单片机》----第2章 神秘的半导体 2.1 二极管

简介:

本节书摘来自华章出版社《迷人的8051单片机》一书中的第2章,第2.1节,作者高显生,更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。
第2章

神秘的半导体

大自然的鬼斧神工还创造了另外一种材料,它的导电特性介于导体和绝缘体之间,在一定的条件下它是导体,而在另一种条件下它又会变成绝缘体,因此称其为半导体。构成半导体最重要的两种元素是硅和锗。我们常听说的美国硅谷,就是因为那里有好多家半导体厂商而得名。使用半导体能制造出功能复杂的元器件和集成电路,以下我们要重点介绍使用半导体制造出来的革命性的元器件。

2.1 二极管

二极管应该算是半导体器件家族中的“元老”了。在20世纪六七十年代,人们热衷于装配一种矿石收音机来收听无线电广播,这种矿石收音机里的主要部件就是一个二极管。将一个小的方铅矿晶体放入一个大小合适的铅盒里,将引线分别从铅盒和方铅矿晶体的某一灵敏点引出,就构成了一个具有单向导电性的器件,其功能等效于一个检波二极管,矿石收音机也因此得名。二极管最明显的特性就是它的单向导电特性,它是一种只往一个方向传送电流的电子器件。按照制造材料的不同,二极管可分为硅二极管和锗二极管两种。

2.1.1 二极管的原理

二极管内部由一块P型半导体和一块N型半导体紧密地结合在一起而构成,在P型半导体和N型半导体的交界面上形成一个特殊的分界面,这个分界面被称为PN结。PN结具有单向导电性,电流只能从P型半导体一端流向N型半导体一端,PN结的结构如图2-1所示。

c86a038456753de080d06b4988d79eaf8aeaa7f2

在图2-1所示的结构上,将P型和N型半导体上各加上一根引线引出并封装起来,就构成一个二极管。与P型半导体连接的引线为正极,与N型半导体连接的引线为负极。二极管的实物如图2-2所示,每个二极管上有标注的一端为负极,在电路图中二极管的表示符号如图2-3所示。

f7d80f3b1bab8cec8ba6cacd902c5f6f51d355221f332772b2cbd24302da2cc09c8fceb32f7dc485

2.1.2 二极管的功能

二极管具有单向导电性,主要用作整流(交流电变直流电)。二极管在电路中的整流作用原理如图2-4所示。我们已经知道,交流电电压的大小和方向是周期性变化的,图2-4中变压器的二次侧与二极管和电阻器相连接,当变压器的二次侧产生交流电压时,如果电压相对于二极管是正向电压,二极管导通,电路中有电流流过;当电压为负向时,二极管截止,电路中没有电流流过,即将电路中的电流方向变成了单向流动,交流电变成了脉动直流电。

cf69531fa0bfbeac411083ee0517752af3923e7a

另外,二极管在正向导通时,它的PN结间会有一个电压降,这个正向压降是稳定的,只与二极管的制造材料有关,通常硅二极管的正向压降为0.7V,锗二极管为0.3V,利用这一特性,可以将二极管作稳压或钳位使用。

2.1.3 发光二极管

发光二极管简称“LED”,它是半导体二极管的一种,是可以将电能转化成光能的二极管。从1960年人们发明了第一个发光二极管至今,二极管已经成为目前最重要的光源。从机场码头的电子屏幕,到宝马、奥迪汽车的日间行车灯,发光二极管以各种姿态和颜色出现在日常生活中,大有取代传统光源的趋势。

与普通二极管一样,发光二极管也是由一个PN结构成的,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,会发射出可见光,不同的半导体材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光,根据这一特性,可以将其用在电子设备中作为指示灯或显示用。发光二极管的实物如图2-5所示,在电路中的表示符号如图2-6所示。

b215dd12ccf39e6531f66be598edea5385a110a082505571dccc93e5e7531bfbc6c163c6c656345e

2.1.4 稳压二极管

稳压二极管的原理与我们前面介绍的两类二极管有所不同,它是利用二极管的反向特性制成的。二极管的基本特性是单向导通,当对其施加正向电压时,二极管会导通,施加反向电压时则截止,但这里有一个前提,就是反向电压不能超过二极管PN结的反向耐压值。当电压超过二极管的反向耐压值后,二极管就会呈现出一种被击穿的状态,这时只要限制反向电流的大小,二极管虽然被击穿但不会被烧毁。二极管反向击穿后,在一定的击穿电流值范围内,其两端的电压值是恒定的。稳压二极管就是利用二极管的这一特性制成的,它在电路中的表示符号如图2-7所示。

0c04f8b71242fcac819049159e9593d3d2aa8f2470e24d254785960e97edd36d80f927198fd171ab

图2-8所示的电路可以说明稳压二极管的原理。12V的供电电压由电压源V1提供,经R1限流后,施加到稳压二极管D1的两端,由于稳压二极管D1的反向耐压只有6.3V,所以D1击穿,击穿后电流趋于无限大,但由于限流电阻R1的限流作用,流过D1的电流会保持在一个固定的值,使D1不会过流而烧毁,这时D1会保持在这种反向击穿的状态,即使12V供电电压有上下波动,电路中A点的电压值也会始终保持在6.3V,这就是稳压二极管的稳压作用原理。

相关文章
|
编译器 芯片
单片机控制发光二极管的显示(2)
单片机控制发光二极管的显示(2)
|
编译器 芯片
单片机控制发光二极管的显示(1)
单片机控制发光二极管的显示(1)
单片机常见元器件之二极管
单片机常见元器件之二极管
225 0
单片机常见元器件之二极管
单片机原理及其应用——单片机控制按键依次点亮8只发光二极管
单片机原理及其应用——单片机控制按键依次点亮8只发光二极管
单片机原理及其应用——单片机控制按键依次点亮8只发光二极管
单片机原理及其应用——单片机控制按键点亮发光二极管
单片机原理及其应用——单片机控制按键点亮发光二极管
单片机原理及其应用——单片机控制按键点亮发光二极管
单片机原理及其应用——单片机控制8只发光二极管交替闪烁
单片机原理及其应用——单片机控制8只发光二极管交替闪烁
单片机原理及其应用——单片机控制8只发光二极管交替闪烁
单片机原理及其应用——单片机控制单个发光二极管实验(附超详细的C51单片机实验教程)
单片机原理及其应用——单片机控制单个发光二极管实验(附超详细的C51单片机实验教程)
单片机原理及其应用——单片机控制单个发光二极管实验(附超详细的C51单片机实验教程)

热门文章

最新文章