就LED而言，典型的导体材料为砷化铝镓 (AlGaAs)。 在纯净的砷化铝镓中，每个原子与相邻的原子联结完好，没有多余的自由电子（带负电荷的粒子）来传导电流。而材料经掺杂后，掺入的原子打破了原有平衡，材料内或是产生了自由电子，或是产生了可供电子移动的空穴。无论是自由电子数目的增多还是空穴数目的增多，都会增强材料的导电性。

具有多余电子的半导体称为N型材料，因其含有多余的带负电荷的粒子。在N型材料中，自由电子能够从带负电荷的区域移往带正电荷的区域。

基础元件

拥有多余空穴的半导体称为P型材料，因为它在导电效果上相当于含有带正电荷的粒子。电子可以在空穴间转移，从带负电荷的区域移往带正电荷的区域。因此，空穴本身就像是从带正电荷的区域移往带负电荷的区域。

一个二极管由一段P型材料同一段N型材料相连而成，且两端连有电极。这种结构只能沿一个方向传导电流。当二极管两端不加电压时，N型材料中的电子会沿着层间的PN结(junction)运动，去填充P型材料中的空穴，并形成一个耗尽区。在耗尽区内，半导体材料回到它原来的绝缘态——即所有的空穴都被填充，因而耗尽区内既没有自由电子，也没有供电子移动的空间，电荷则不能流动。

在PN结(junction)内，N型材料中的自由电子填充了P型材料中的空穴。这样，在二极管的中间就产生了一个绝缘层，称为耗尽区。

基础元件

为了使耗尽区消失，必须使电子从N型区域移往P型区域，同时空穴沿相反的方向移动。为此，您可以将二极管N型的一端与电路的负极相连，同时P型的那一端与正极相连。N 型材料中的自由电子被负极排斥，又被正极吸引；而P型材料中的空穴会沿反方向移动。如果两电极之间的电压足够高，耗尽区内的电子会被推出空穴，从而再次获得自由移动的能力。此时耗尽区消失，电荷可以通过二极管。

当电路的负极与N型层、正极与P型层相连时，

电子和空穴开始迁移，而耗尽区将消失。

如果您试图让电流沿反方向流动，将P型端连接到电路负极、N型端连接到正极的话，电流将不会流动。N型材料中带负电的电子会被吸引到正极上；P型材料中带正电的空穴则会被吸引到负极上。由于空穴与电子各自沿着错误的方向运动，PN结将不会有电流通过，耗尽区也会扩大。

基础元件

当电路的正极连接到N型层、负极连接到P型层时，自由电子会聚集在二极管的一端，同时空穴会聚集在另一端。耗尽区会扩大。

光是一种能量形式，可由原子释出。光由一些具有能量和动量但无质量的类粒子束组成。这些粒子称为光子，是光的最基本单位。

电子的跃迁会释放出光子。在原子结构中，电子在原子核周围的轨道中运动。电子在不同的轨道中具有不同的能量值。通常，能量更高的电子在离原子核更远的轨道中运动。

为了让电子能够从低能轨道跃迁至高能轨道，就必须提高它的能级。反过来，电子从高能轨道跌落至低能轨道时则会释出能量。这种能量就以光子的形式得到释放。能量差约大，释出的光子能量就越大，继而表现为更高的频率。

自由电子通过二极管时会陷入P型层中的空穴。这一过程涉及电子从传导带到低轨道的跌落，因而电子会以光子的形式释放出能量。这种情况在所有的二极管中都会发生，但只有当二极管由某些特定材料制成时，您才能看到光子。举例来说，普通硅二极管中的原子会以一种特定方式排列，在这种排列下，电子跌落的距离相对而言比较短，这导致产生的光子频率过低（它们在光谱中处于红外线区域），不能为人眼所见。当然，这也不一定就是坏事：红外线LED有很多用途，例如它是制造遥控器的理想元件。

可见光发光二极管(VLED)，例如用来点亮电子钟表中的数字的发光二极管，其构成材料就以传导带与低轨道之间的间隙较大为特征。间隙的大小决定光子的频率——从而决定了光的颜色。

尽管所有的二极管都能发光，但大多数发光效果并不好。在普通二极管内，大量的光能最终会被半导体材料自身吸收。LED因其独特的构造，可以向外释放大量的光子。另外，它们被安置在一个可以将光线汇聚到某一特定方向的塑料灯泡里面。如下图1所示，二极管发出的大部分光线被灯泡侧壁反射回来，然后继续传播，直至它们穿过灯泡的圆形顶端。

与传统白炽灯相比，LED有几点优势。首先，它们不含可烧尽的灯丝，因而寿命更长；另外，小型塑料灯泡使得它们更加耐用。还有，它们也易于装配到现代电路中去。

基础元件

而LED最主要的优势在于其高效性。传统的白炽灯泡在发光过程中会散发出大量热量（因为灯丝需要加热）。这些热能将是彻头彻尾的浪费，除非您把灯当作加热器使用，因为绝大部分的电能都没有产生可见光。相对来说，LED产生的热量甚微，电能中直接用来发光的百分比要高很多，这样可以大大降低用电需求。

LED由先进的半导体材料制成，因而相对昂贵，时至今日仍不能应用于大多数照明设备中。然而过去十年间，半导体设备的价格已经大幅下降，这使得LED照明在各种应用场合都成为一种性价比更高的选择。 尽管它们起初也许会比白炽灯更贵些，但更加低廉的长期成本还是会让它们成为一笔划算的买卖。并且，它们还会在未来的科技世界中扮演更加重要的角色。

2. 电动机的工作原理

易电动机包括六个部分，如下图2所示：

基础元件

电枢或转子

整流子

电刷 轴

基础元件基础元件

场磁铁

某种类型的直流电源

电动机的组成部

（图）基础元件分

电动机的工作方式不外乎与磁铁和磁性相关：电动机使用磁铁产生运动。如果您曾经玩过磁铁的话，就知道所有磁铁都具有以下基本法则：同极相斥，异极相吸。因此，如果有两根磁铁，并且每根的两端分别标有“北”和“南”，则一根磁铁的北极将会吸住另一根磁铁的南极。反之，一根磁铁的北极将会排斥另一根磁铁的北极（对于南极，情况与此相同）。在电动机的内部，就是这些吸引力和排斥力产生了旋转运动。

电磁铁是电动机的基础。想象一下这个场景，您即可明白电动机的内部组件是如何工作的。比如您按此方法制作了一个简易的电磁铁：在钉子上卷绕100圈金属线，然后将这颗钉子连接到电池。连接电池后，钉子将变成一块磁铁，并且有南极和北极。

现在，拿起这个钉子做成的电磁铁，在它的中间插进一根轴，然后悬挂在马蹄形磁铁的中央，如下图3所示。如果将电池连接到电磁铁，使钉子北极的方向与图中所示一致，那么磁学基本法则将会告诉您会发生什么：电磁铁的北极将与马蹄形磁铁的北极排斥，并与马蹄形磁铁的南极相吸。电磁铁的南极也以类似的方式发生排斥。钉子将运动半周，然后在所示的位置停住。

基础元件

马蹄形磁铁中的电磁铁

您可以发现这半周的运动不过是由于磁铁自然地相互吸引和排斥产生的。制造电动机的关键是要更进一步，使半周运动在完成的那一瞬间，电磁铁的磁场发生翻转。这种翻转可以使电磁铁完成另一个半周运动。更改电子在电线中的流动方向（让电池掉头就可以实现此目的）便可以翻转磁场。如果能够在完成每个半周运动时的适当时间精确地翻转电磁铁的磁场，则电动机就可以自由旋转。