基礎元件

電子元器件製造業是電子元器件行業的主要組成部分，也是電子信息產業的基礎支撐產業，其技術水平和生產能力直接影響整個行業的發展。電子元器件無處不在，不論是日常的消費電子產品還是工業用電子設備，都是由基本的電子元器件構成的。電子元器件屬於電子信息產業的中間產品，介於電子整機行業和原材料行業之間，其發展的快慢、所達到的技術水平和生產規模，不僅直接影響著整個電子信息產業的發展，而且對發展信息技術，改造傳統產業，提高現代化裝備水平，促進科技進步都具有重要意義。

（圖）基礎元件（圖）基礎元件

1。發光二極體工作原理

發光二極體通常稱為LED，它們雖然名不見經傳，卻是電子世界中真正的英雄。它們能完成數十種不同的工作，並且在各種設備中都能找到它們的身影。它們用途廣泛，例如它們可以組成電子鐘錶錶盤上的數字，從遙控器傳輸信息，為手錶錶盤照明並在設備開啟時向您發出提示。如果將它們集結在一起，可以組成超大電視屏幕上的圖像。

（圖）基礎元件基礎元件本質上，LED只是一種易於裝配到電子電路中的微型燈泡。但它們並不像普通的白熾燈，它們並不含有可燒盡的燈絲，也不會變得特別燙。它們能夠發光，僅僅是半導體材料內的電子運動的結果，並且它們的壽命同普通的晶體管一樣長。

二極體是最簡單的一種半導體設備。廣義的半導體是指那些具有可變導電能力的材料。大多數半導體是由不良導體摻入雜質（另一種材料的原子）而形成的，而摻入雜質的過程稱為摻雜。

就LED而言，典型的導體材料為砷化鋁鎵 (AlGaAs)。在純凈的砷化鋁鎵中，每個原子與相鄰的原子聯結完好，沒有多餘的自由電子（帶負電荷的粒子）來傳導電流。而材料經摻雜后，摻入的原子打破了原有平衡，材料內或是產生了自由電子，或是產生了可供電子移動的空穴。無論是自由電子數目的增多還是空穴數目的增多，都會增強材料的導電性。

具有多餘電子的半導體稱為N型材料，因其含有多餘的帶負電荷的粒子。在N型材料中，自由電子能夠從帶負電荷的區域移往帶正電荷的區域。

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擁有多餘空穴的半導體稱為P型材料，因為它在導電效果上相當於含有帶正電荷的粒子。電子可以在空穴間轉移，從帶負電荷的區域移往帶正電荷的區域。因此，空穴本身就像是從帶正電荷的區域移往帶負電荷的區域。

一個二極體由一段P型材料同一段N型材料相連而成，且兩端連有電極。這種結構只能沿一個方向傳導電流。當二極體兩端不加電壓時，N型材料中的電子會沿著層間的PN結(junction)運動，去填充P型材料中的空穴，並形成一個耗盡區。在耗盡區內，半導體材料回到它原來的絕緣態——即所有的空穴都被填充，因而耗盡區內既沒有自由電子，也沒有供電子移動的空間，電荷則不能流動。

在PN結(junction)內，N型材料中的自由電子填充了P型材料中的空穴。這樣，在二極體的中間就產生了一個絕緣層，稱為耗盡區。

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為了使耗盡區消失，必須使電子從N型區域移往P型區域，同時空穴沿相反的方向移動。為此，您可以將二極體N型的一端與電路的負極相連，同時P型的那一端與正極相連。N 型材料中的自由電子被負極排斥，又被正極吸引；而P型材料中的空穴會沿反方向移動。如果兩電極之間的電壓足夠高，耗盡區內的電子會被推出空穴，從而再次獲得自由移動的能力。此時耗盡區消失，電荷可以通過二極體。

當電路的負極與N型層、正極與P型層相連時，

電子和空穴開始遷移，而耗盡區將消失。

如果您試圖讓電流沿反方向流動，將P型端連接到電路負極、N型端連接到正極的話，電流將不會流動。N型材料中帶負電的電子會被吸引到正極上；P型材料中帶正電的空穴則會被吸引到負極上。由於空穴與電子各自沿著錯誤的方向運動，PN結將不會有電流通過，耗盡區也會擴大。

基礎元件當電路的正極連接到N型層、負極連接到P型層時，自由電子會聚集在二極體的一端，同時空穴會聚集在另一端。耗盡區會擴大。

光是一種能量形式，可由原子釋出。光由一些具有能量和動量但無質量的類粒子束組成。這些粒子稱為光子，是光的最基本單位。

電子的躍遷會釋放出光子。在原子結構中，電子在原子核周圍的軌道中運動。電子在不同的軌道中具有不同的能量值。通常，能量更高的電子在離原子核更遠的軌道中運動。

為了讓電子能夠從低能軌道躍遷至高能軌道，就必須提高它的能級。反過來，電子從高能軌道跌落至低能軌道時則會釋出能量。這種能量就以光子的形式得到釋放。能量差約大，釋出的光子能量就越大，繼而表現為更高的頻率。

自由電子通過二極體時會陷入P型層中的空穴。這一過程涉及電子從傳導帶到低軌道的跌落，因而電子會以光子的形式釋放出能量。這種情況在所有的二極體中都會發生，但只有當二極體由某些特定材料製成時，您才能看到光子。舉例來說，普通硅二極體中的原子會以一種特定方式排列，在這種排列下，電子跌落的距離相對而言比較短，這導致產生的光子頻率過低（它們在光譜中處於紅外線區域），不能為人眼所見。當然，這也不一定就是壞事：紅外線LED有很多用途，例如它是製造遙控器的理想元件。

可見光發光二極體(VLED)，例如用來點亮電子鐘錶中的數字的發光二極體，其構成材料就以傳導帶與低軌道之間的間隙較大為特徵。間隙的大小決定光子的頻率——從而決定了光的顏色。

儘管所有的二極體都能發光，但大多數發光效果並不好。在普通二極體內，大量的光能最終會被半導體材料自身吸收。LED因其獨特的構造，可以向外釋放大量的光子。另外，它們被安置在一個可以將光線匯聚到某一特定方向的塑料燈泡裡面。如下圖所示，二極體發出的大部分光線被燈泡側壁反射回來，然後繼續傳播，直至它們穿過燈泡的圓形頂端。

與傳統白熾燈相比，LED有幾點優勢。首先，它們不含可燒盡的燈絲，因而壽命更長；另外，小型塑料燈泡使得它們更加耐用。還有，它們也易於裝配到現代電路中去。

基礎元件

而LED最主要的優勢在於其高效性。傳統的白熾燈泡在發光過程中會散發出大量熱量（因為燈絲需要加熱）。這些熱能將是徹頭徹尾的浪費，除非您把燈當作加熱器使用，因為絕大部分的電能都沒有產生可見光。相對來說，LED產生的熱量甚微，電能中直接用來發光的百分比要高很多，這樣可以大大降低用電需求。

LED由先進的半導體材料製成，因而相對昂貴，時至今日仍不能應用於大多數照明設備中。然而過去十年間，半導體設備的價格已經大幅下降，這使得LED照明在各種應用場合都成為一種性價比更高的選擇。儘管它們起初也許會比白熾燈更貴些，但更加低廉的長期成本還是會讓它們成為一筆劃算的買賣。並且，它們還會在未來的科技世界中扮演更加重要的角色。

2. 電動機的工作原理

易電動機包括六個部分，如下圖所示：

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電樞或轉子

整流子

電刷 軸

基礎元件基礎元件

場磁鐵

某種類型的直流電源

電動機的組成部

（圖）基礎元件 分

電動機的工作方式不外乎與磁鐵和磁性相關：電動機使用磁鐵產生運動。如果您曾經玩過磁鐵的話，就知道所有磁鐵都具有以下基本法則：同極相斥，異極相吸。因此，如果有兩根磁鐵，並且每根的兩端分別標有“北”和“南”，則一根磁鐵的北極將會吸住另一根磁鐵的南極。反之，一根磁鐵的北極將會排斥另一根磁鐵的北極（對於南極，情況與此相同）。在電動機的內部，就是這些吸引力和排斥力產生了旋轉運動。

電磁鐵是電動機的基礎。想象一下這個場景，您即可明白電動機的內部組件是如何工作的。比如您按此方法製作了一個簡易的電磁鐵：在釘子上卷繞100圈金屬線，然後將這顆釘子連接到電池。連接電池后，釘子將變成一塊磁鐵，並且有南極和北極。

現在，拿起這個釘子做成的電磁鐵，在它的中間插進一根軸，然後懸掛在馬蹄形磁鐵的中央，如下圖所示。如果將電池連接到電磁鐵，使釘子北極的方向與圖中所示一致，那麼磁學基本法則將會告訴您會發生什麼：電磁鐵的北極將與馬蹄形磁鐵的北極排斥，並與馬蹄形磁鐵的南極相吸。電磁鐵的南極也以類似的方式發生排斥。釘子將運動半周，然後在所示的位置停住。

基礎元件

馬蹄形磁鐵中的電磁鐵

您可以發現這半周的運動不過是由於磁鐵自然地相互吸引和排斥產生的。製造電動機的關鍵是要更進一步，使半周運動在完成的那一瞬間，電磁鐵的磁場發生翻轉。這種翻轉可以使電磁鐵完成另一個半周運動。更改電子在電線中的流動方向（讓電池掉頭就可以實現此目的）便可以翻轉磁場。如果能夠在完成每個半周運動時的適當時間精確地翻轉電磁鐵的磁場，則電動機就可以自由旋轉。