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，更多章節内容可以通路雲栖社群“華章計算機”公衆号檢視。
第2章
<b>神秘的半導體</b>
大自然的鬼斧神工還創造了另外一種材料，它的導電特性介于導體和絕緣體之間，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，是以稱其為半導體。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谷，就是因為那裡有好多家半導體廠商而得名。使用半導體能制造出功能複雜的元器件和內建電路，以下我們要重點介紹使用半導體制造出來的革命性的元器件。
<b>2.1 二極管</b>
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，人們熱衷于裝配一種礦石收音機來收聽無線電廣播，這種礦石收音機裡的主要部件就是一個二極管。将一個小的方鉛礦晶體放入一個大小合适的鉛盒裡，将引線分别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，其功能等效于一個檢波二極管，礦石收音機也是以得名。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。按照制造材料的不同，二極管可分為矽二極管和鍺二極管兩種。
<b>2.1.1 二極管的原理</b>
二極管内部由一塊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型半導體的交界面上形成一個特殊的分界面，這個分界面被稱為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，将p型和n型半導體上各加上一根引線引出并封裝起來，就構成一個二極管。與p型半導體連接配接的引線為正極，與n型半導體連接配接的引線為負極。二極管的實物如圖2-2所示，每個二極管上有标注的一端為負極，在電路圖中二極管的表示符号如圖2-3所示。
<b>2.1.2 二極管的功能</b>
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配接，當變壓器的二次側産生交流電壓時，如果電壓相對于二極管是正向電壓，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，即将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，隻與二極管的制造材料有關，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，可以将二極管作穩壓或鉗位使用。
<b>2.1.3 發光二極管</b>
發光二極管簡稱“led”，它是半導體二極管的一種，是可以将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。從機場碼頭的電子螢幕，到寶馬、奧迪汽車的日間行車燈，發光二極管以各種姿态和顔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，不同的半導體材料制成的發光二極管會發出不同顔色的光，根據這一特性，可以将其用在電子裝置中作為訓示燈或顯示用。發光二極管的實物如圖2-5所示，在電路中的表示符号如圖2-6所示。
<b>2.1.4 穩壓二極管</b>
穩壓二極管的原理與我們前面介紹的兩類二極管有所不同，它是利用二極管的反向特性制成的。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，但這裡有一個前提，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态，這時隻要限制反向電流的大小，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内，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制成的，它在電路中的表示符号如圖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，由于穩壓二極管d1的反向耐壓隻有6.3v，是以d1擊穿，擊穿後電流趨于無限大，但由于限流電阻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态，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。