模電基礎(chǔ)知識(shí)講解

第一講電荷一、正電荷和負(fù)電荷初中的時(shí)候我們學(xué)習(xí)過的物理和化學(xué)里有有關(guān)自然界中的物質(zhì)的定義是：物質(zhì)由分子構(gòu)成，分子由原子構(gòu)成，原子由原子核和核外電子構(gòu)成。原子核帶正電，核外電子帶負(fù)電。元素的序號(hào)就是一種原子中原子核內(nèi)正電荷的數(shù)目，核外電子的數(shù)目與核內(nèi)正電荷的數(shù)目相等，正電荷和負(fù)電荷互相抵消而呈電中性。因此，正常狀況下物質(zhì)是電中性的，即不帶電的。當(dāng)原子獲得一定的能量后，其核外電子容易擺脫原子核的束縛而擺脫出來，叫做自由電子。任何元素都有其本身的化合價(jià)，化合價(jià)有體現(xiàn)能夠擺脫原子核束縛的自由電子數(shù)目多少的特性。如，硅原子的序號(hào)是14，表達(dá)有14個(gè)核外電子，14個(gè)核內(nèi)正電荷。但是化合價(jià)是4，即可能最多有4個(gè)核外電子擺脫原子核的束縛而成為自由電子，其它10個(gè)永遠(yuǎn)被原子核束縛，不得擺脫。核外電子在原子核周邊是按層次有規(guī)律的飛旋運(yùn)轉(zhuǎn)的。正電荷和負(fù)電荷有互相吸引的作用，同種電荷有互相排斥的作用。二、物質(zhì)帶電當(dāng)我們?cè)O(shè)法把正電荷和負(fù)電荷分開，物質(zhì)就帶電了。例如，物質(zhì)的一頭帶正電荷，另一頭帶負(fù)電荷?；蛘呶覀儼涯澄镔|(zhì)的某種電荷移走一部分，這個(gè)物質(zhì)就剩余與移走的電荷的反電荷，數(shù)量相似，這個(gè)物質(zhì)也就帶電了。普通的辦法是摩擦起電或感應(yīng)起電或接觸起電。摩擦起電：用絲綢摩擦玻璃棒，玻璃棒上就產(chǎn)生了正電荷。感應(yīng)起電：用一種帶某種電荷的物體，靠近另一種電中性的物體，這個(gè)電中性的物體的異種電荷被帶電物體吸引，靠近帶電物體，同種電荷被排斥到另一頭。接觸起點(diǎn)：一種帶電物體接觸一電中性的物體，帶電物體所帶的電荷移動(dòng)一部分到電中性的物體，電中性的物體也帶電了。如果我們把物質(zhì)的某種電荷移走，但是該物質(zhì)能源源不停的補(bǔ)充這種電荷，這叫電源。第二講電流、電壓、電阻和歐姆定律一、電流電荷的定向移動(dòng)，形成電流。為什么要加上“定向”呢？由于物質(zhì)里面的電荷是無時(shí)無刻的在運(yùn)動(dòng)著，但不定向自由運(yùn)動(dòng)，就不能形成電流。二、電壓電壓是形成電流的要素，一根導(dǎo)體兩端如果有電壓，這根導(dǎo)體上就產(chǎn)生了電流。上一講談到的電源，有電壓的電源，也有電流的電源，他們是能夠互相轉(zhuǎn)換的。三、電阻妨礙電流通過的物體是電阻，任何有形物質(zhì)都含有電阻的特性。只是妨礙電流能力的強(qiáng)弱而已。如銅棒，木棒，水，空氣。任何物質(zhì)都有其特定的電阻率，電阻率是描述一種物質(zhì)單位截面積、單位長度所體現(xiàn)出來的電阻的大小的一種參量。如銅的電阻率比鐵的電阻率小，則銅比鐵更容易導(dǎo)電，妨礙電流的能力也小。四、歐姆定律電流、電壓和電阻三者之間的關(guān)系，稱歐姆定律。電流與電壓成正比，與電阻成反比。如果用I表達(dá)電流，U表達(dá)電壓，R表達(dá)電阻，則其中電流I的單位是安培，簡稱安，用A表達(dá)；尚有毫安培，用mA表達(dá)，簡稱毫安；以及微安培，用uA表達(dá)，簡稱微安。1A=1000mA；1mA=1000uA；另外，電壓U的單位是伏特，簡稱伏，用V表達(dá)；尚有毫伏特，用mV表達(dá)，簡稱毫伏；以及微伏特，用uV表達(dá)，簡稱微伏。1V=1000mV；1mV=1000uV；尚有電阻R，單位是歐姆，簡稱歐，用?表達(dá)；尚有千歐姆，用K?表達(dá)，簡稱千歐；以及兆歐姆，用M?表達(dá)，簡稱兆歐。1M?=1000K?；1K?=1000?；歐姆定律能夠描述為1V的電壓與1?的電阻的比值就是1A的電流。在電子技術(shù)領(lǐng)域，用到千安培、千伏特和毫歐姆等單位的比較少見。第三講電阻器的認(rèn)識(shí)導(dǎo)線的電阻很小，如1m長度1mm2的銅線器電阻不到0.1Ω。而電子技術(shù)中有時(shí)需要用到較大的電阻，那需要很長的導(dǎo)線，不僅價(jià)格貴，安裝也不方便。因此人們?cè)O(shè)法用便宜物質(zhì)通過刻槽的辦法制造出電阻器，所需的阻值能夠任意刻出來，批量造價(jià)不到1分錢，這就給使用電阻帶來了方便。制造出來的電阻器簡稱電阻。1．電阻的符號(hào)和表達(dá)辦法：R1表達(dá)電阻的序號(hào)，即這是圖中的第1個(gè)電阻；1.2KΩ表達(dá)這個(gè)電阻的阻值，也可簡寫為1.2K或1K2。2．電阻的標(biāo)稱值國際原則標(biāo)稱電阻采用E24系列，即把1-10之間的電阻分為不等份24份，如：1，1.1，1.2，1.3，1.5，1.6，1.8，2，2.2，2.4，2.7，3，3.3，3.6，3.9，4.3，4.7，5.1，5.6，6.2，6.8，7.5，8.2，9.1；以及上述這些標(biāo)稱值乘以10的n次方，涉及10的-1次方（0.1~0.91），10的0次方（上述數(shù)字本身），始終到10的6次方（1M~9.1M）。3．電阻的色環(huán)表達(dá)當(dāng)代電子產(chǎn)品體積較小，電阻上不能印刷文字來表達(dá)阻值，用一圈圈不同的顏色來表達(dá)，參見有關(guān)書籍。4．電阻的串聯(lián)R總=R1+R2=12K+1K2=13K212KΩ能夠簡寫為12K，1.2KΩ能夠簡寫為1K2。串聯(lián)電阻總的阻值為若干個(gè)電阻的和問答題：1）兩個(gè)相似的電阻串聯(lián)，總的阻值是？2）1個(gè)很大阻值的電阻和一種很小阻值的電阻串聯(lián)，總阻值由哪一種占主導(dǎo)？5．電阻的并聯(lián)并聯(lián)電阻總阻值的倒數(shù)為各電阻倒數(shù)的和1/R總=1/R1+1/R2=1/12K+1/1K2或并聯(lián)電阻總的阻值為若干個(gè)電阻的乘積除以若干個(gè)電阻的和。問答題：1）兩個(gè)相似的電阻并聯(lián)，總的阻值是？2）1個(gè)很大阻值的電阻和一種很小阻值的電阻并聯(lián)，總阻值由哪一種占主導(dǎo)？課后可多設(shè)立某些電阻串聯(lián)、并聯(lián)和混合聯(lián)（本文從略）計(jì)算以加深印象。第四講電容器顧名思義，電容器就是盛電的容器，簡稱電容，他是由兩塊平行板相隔一定的距離，引出兩根引線而形成的，根據(jù)平行板的面積和間距決定這個(gè)電容器能盛多少的電，電就是電荷，電容器的大小在一定程度上（如保持一定的電壓時(shí)）就是指能盛電荷量的多少。電容器的大小與平行板的面積成正比，與平行板的距離成反比。電容器的符號(hào)與他的定義很形象，以下圖，用Cx來表達(dá)序號(hào)，下方0.1uF指的是其容量值的大小。電容器量綱的基本單位是法拉，簡稱法，用F表達(dá)，由于這個(gè)量綱體現(xiàn)的電容很大，因此電子技術(shù)中不使用方法拉做單位，而是用微法拉作單位，或者用皮法拉做單位，一種微法拉是10的-6次辦法拉。一種皮法拉是10的-6次方微法拉。微法拉用uF表達(dá)，皮法拉用PF表達(dá)。近年來，又對(duì)應(yīng)推出了納法拉（nF）和毫法拉（mF）做單位。即：1F=1000mF1F=1000000uF1uF=1000nF1uF=1000000PF電容器上的電荷是被慢慢的充電充進(jìn)去的，一種特定容量的電容器，所充進(jìn)去的電荷數(shù)目越多，其兩端的電壓就越高，但是不能高于該電容器額定的電壓值，每一種電容器除了標(biāo)注有電容量外，還標(biāo)注有限制電壓，稱耐壓，普通小容量（1uF）的耐壓往往在50V以上，且不分電壓極性，能夠兩端對(duì)調(diào)使用；而大容量的（稱電解電容）的耐壓往往達(dá)成25V以上的，有電壓極性的標(biāo)注，使用時(shí)，我們不能接反。1uF以上的大容量電容器往往是鋁電解電容器，尚有鉭（tan）電解和鈮（ni）電解電容器，后兩種損耗低漏電小價(jià)格高。普通我們見到的電解電容器都是鋁電解電容器。電容器上所加的電壓如果超出限定值，就有爆炸的可能，電容量越大，爆炸的威力也大，使用時(shí)要小心。電解電容器接反時(shí)，容量嚴(yán)重減小，耐壓大大減少，損耗嚴(yán)重。電解電容器的的符號(hào)比普通電容器多了個(gè)“正”號(hào)，有“正”號(hào)的那邊是正極，另一邊是負(fù)極。以下圖。圖中63V是限定電壓，即耐壓，指外電路只能加入比63V小某些的電壓。電容器的重要特性是能通過交流電，而阻擋住直流電。電容器的容量越大，就越能通過頻率高的交流電。所謂交流電，是指大小能隨時(shí)間交變變化的電源，也叫交流信號(hào)，每秒鐘交變的次數(shù)稱為交流電的頻率，單位為赫茲（Hz），如1000Hz是指這個(gè)交流電信號(hào)每秒交變1000次。第五講信號(hào)一、直流電源1．直流電壓源典型的直流電源是干電池，尚有多種蓄電池，能夠用來表達(dá)，屬于直流電源的一種，上面長橫線是正極，下面短橫線是負(fù)極，用E表達(dá)，右側(cè)可注明電池的壓，兩個(gè)以上相似的電池串聯(lián)稱電池組。尚有能夠從高壓交流220V轉(zhuǎn)換來的電源，廣義的直流電壓源符號(hào)為直流電壓源用于向外提供電壓能量，方便使多種電子電路對(duì)的的工作。直流電壓源在一定的條件下其兩端的電壓是相對(duì)穩(wěn)定的。任何電壓源都有其本身內(nèi)阻的特性，普通較小，因此往往在分析計(jì)算時(shí)被忽視。2．直流電流源直流電流源向外提供穩(wěn)定的直流電流，其廣義的符號(hào)為所示。我們認(rèn)為，電流源的內(nèi)阻普通較大，計(jì)算時(shí)其內(nèi)阻往往被也忽視。電壓源和電流源之間能夠互相轉(zhuǎn)換，可參考有關(guān)書籍，有關(guān)戴維南定理和諾頓定理章節(jié)。二、交流電源交流電源是指正負(fù)端隨時(shí)間交替變化的電源，普通我們按正弦規(guī)律變化的來分析。本節(jié)未完待續(xù)注：上“圖”太復(fù)雜，留著后來改版升級(jí)后再加，或抽空加。給網(wǎng)站提難題了，勿怪第五講（二）繼續(xù)0.5V直流電和0.5V有效值交流電如果接入相似的電阻，其電阻上產(chǎn)生的熱量是相似的。文中，電壓源內(nèi)阻較小時(shí)，缺一種“阻”字第六講半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)物質(zhì)導(dǎo)電能力的大小是用導(dǎo)體和絕緣體來表征的，導(dǎo)體的導(dǎo)電能力強(qiáng)，絕緣體的導(dǎo)電能力弱；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，就稱為半導(dǎo)體；常見的半導(dǎo)體有硅（Si）和鍺（Ge），這是單質(zhì)半導(dǎo)體；尚有化合物半導(dǎo)體砷化鎵（GaAs）和磷化鎵（GaP）；當(dāng)半導(dǎo)體受熱、光、雜質(zhì)的影響后，其導(dǎo)電能力急劇上升，這是和導(dǎo)體、絕緣體有所不同的；完全純凈的且晶格完整的（晶格，物質(zhì)構(gòu)造專有名詞，這里不展開講述）半導(dǎo)體稱本征半導(dǎo)體；本征半導(dǎo)體在絕對(duì)0°K（自然環(huán)境不存在）和無光照的狀況下，和絕緣體是相近的，是不導(dǎo)電的；當(dāng)摻入雜質(zhì)后，導(dǎo)電能力才急劇上升。但是達(dá)不到導(dǎo)體的程度；常規(guī)狀況下，半導(dǎo)體都是4價(jià)的。即原子的最外層有4個(gè)電子。受熱或受光照后，其中的1-4個(gè)就會(huì)獲得能量脫離原子核的束縛，自由運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)щ?，稱為自由電子，同時(shí)出現(xiàn)了1-4個(gè)空位，稱為空穴，空穴也是能導(dǎo)電的。這叫做熱激發(fā)；當(dāng)摻入雜質(zhì)后，就破壞了原子構(gòu)造，摻入5價(jià)元素，每個(gè)原子就多了一種電子，摻入3價(jià)元素，每個(gè)原子就少了一種電子即多出了一種空穴；我們正是運(yùn)用摻雜才將半導(dǎo)體制作成為對(duì)我們有用的物質(zhì)----雜質(zhì)半導(dǎo)體；當(dāng)摻入3價(jià)硼（B）原子，每個(gè)原子周邊就比半導(dǎo)體原子少了一種電子，對(duì)半導(dǎo)體整體來說，就出現(xiàn)了一種空位，稱為空穴，這個(gè)空穴是帶正電荷的。含有空穴的半導(dǎo)體稱P型半導(dǎo)體，空穴（帶正電荷）也是能導(dǎo)電的，就像電影院里的一種空座位，人挨個(gè)往空座位方向移動(dòng)時(shí)，空座位就從這一頭移動(dòng)到了另一頭，因此說，空穴（帶正電荷）也能導(dǎo)電；當(dāng)摻入5價(jià)磷（P）原子，每個(gè)原子周邊就比半導(dǎo)體原子多了一種電子，對(duì)半導(dǎo)體整體來說，就多出了一種電子。這個(gè)電子不受原子核束縛，能夠自由移動(dòng)導(dǎo)電，稱自由電子，自由電子是能導(dǎo)電的。含有自由電子的半導(dǎo)體（這個(gè)自由電子與受光和熱激發(fā)出來的自由電子不同，這個(gè)是多出來的，沒有空穴與之對(duì)應(yīng)）稱為N型半導(dǎo)體；自由電子和空穴相遇時(shí)，自由電子就可能呆在了空穴的位置，稱為復(fù)合。第七講PN結(jié)的形成有關(guān)上一講，談到的自由電子和空穴，我們能夠都冠以“載流子”（承載能形成電流的粒子）這個(gè)名詞。N型半導(dǎo)體中，除了含有因摻入5價(jià)元素（如P）雜質(zhì)而產(chǎn)生的自由電子外，也有空穴，空穴是由于熱激發(fā)而產(chǎn)生的“自由電子空穴對(duì)”中的空穴。我們把N型半導(dǎo)體中的自由電子稱為多數(shù)載流子，把N型半導(dǎo)體中的空穴稱為少數(shù)載流子。同樣的P型半導(dǎo)體中，除了含有因摻入3價(jià)元素（如B）雜質(zhì)而產(chǎn)生的空穴外，也有自由電子，自由電子是由于熱激發(fā)而產(chǎn)生的“自由電子空穴對(duì)”中的自由電子。我們把P型半導(dǎo)體中的自由電子稱為少數(shù)載流子，把P型半導(dǎo)體中的空穴稱為多數(shù)載流子。=========================================================================================================================這一節(jié)講下PN結(jié)的形成半導(dǎo)體中，PN結(jié)是形成二極管和三極管的最重要的成分，沒有PN結(jié)，就沒有半導(dǎo)體在現(xiàn)在當(dāng)代社會(huì)中的廣泛應(yīng)用，涉及CPU。當(dāng)把N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體有機(jī)的結(jié)合到一起，就形成了PN結(jié)。注意，是有機(jī)的結(jié)合，而不是簡樸的拼湊。所謂有機(jī)的結(jié)合，是在制造過程中的整體形成，不是簡樸的擠壓。例如，一塊N型半導(dǎo)體，原來是平均摻雜有P原子的，自由電子較空穴相比具多數(shù)，但是總數(shù)少，我們叫做“輕”摻雜，當(dāng)我們?cè)谶@塊N型半導(dǎo)體的上表面的某一定的厚度范疇內(nèi)，如2um，繼續(xù)摻雜B原子，則摻雜到一定程度時(shí)這2um范疇內(nèi)的P和B原子的數(shù)目相等，這時(shí)自由電子和空穴數(shù)量相等并且互相復(fù)合，反而類似于本征半導(dǎo)體了（只剩余了因熱激發(fā)而產(chǎn)生的少量電子空穴對(duì)），在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)摻雜B原子，則空穴就多于自由電子了，被改作了P型半導(dǎo)體了（重?fù)诫s）。在這個(gè)2um的交界處，一邊是N型半導(dǎo)體，自由電子多空穴少；另一邊是P型半導(dǎo)體，空穴多自由電子少，那這個(gè)2um的交界面就叫做PN結(jié)。注意了，PN結(jié)僅僅是一種P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界面而已！這是所謂的用平面工藝所產(chǎn)生的PN結(jié)。尚有其它辦法也能產(chǎn)生PN結(jié)，如合金法，此處不做描述。正是這個(gè)PN結(jié)，給我們后來的電子技術(shù)的發(fā)展，帶來的前所未有的、空前的機(jī)遇。第八講PN結(jié)機(jī)理上一講說，N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體有機(jī)結(jié)合后，其交界面處就叫做PN結(jié)。其交界面的狀況會(huì)是什么樣子的呢？圖示闡明。圖中，左邊是P型半導(dǎo)體，右邊是N型半導(dǎo)體，P型半導(dǎo)體充滿了空穴，N型半導(dǎo)體充滿了自由電子。物質(zhì)含有從濃度高的向濃度低的方向擴(kuò)展的能力，一滴紅墨水，滴入一杯清水中，紅墨水就會(huì)向清水中滲入，這其實(shí)是擴(kuò)散，最后，這滴紅墨水均勻融入到清水中，形成均勻的淡紅色的水。空穴和自由電子也含有擴(kuò)散的能力，左邊空穴濃度高，右邊空穴濃度低（右邊的空穴圖中沒畫，是由于熱激發(fā)產(chǎn)生的，少量的，左邊的自由電子也是同樣，背面不在描述）。則左邊的空穴要越過PN結(jié)向右邊擴(kuò)散，右邊的自由電子濃度高，左邊自由電子濃度低，則右邊的自由電子要越過PN結(jié)向左邊擴(kuò)散，兩者在互相擴(kuò)散過程中因相遇而復(fù)合（消失了），則PN結(jié)附近的兩邊自由電子和空穴都沒有了。這時(shí)，我們說，PN結(jié)含有一定的寬度。這個(gè)空白區(qū)域有許多名稱，都是能夠的。1）空間電荷區(qū)；2）勢壘區(qū)；3）耗盡層等。事實(shí)上，空間電荷區(qū)并不是空的，確實(shí)是有電荷的，但是那不是空穴和自由電子，而是正離子和負(fù)離子，哪兒來的？N型一邊摻入的P原子的是5價(jià)，核內(nèi)有5個(gè)原子核帶正電，和周邊四個(gè)電子（不是自由電子，自由電子已經(jīng)因復(fù)合而耗盡）抵消，剩余一種正離子。P型一邊摻入的B原子的是3價(jià)，核內(nèi)有3個(gè)原子核帶正電，和周邊四個(gè)電子（同上，不是自由電子，自由電子已經(jīng)因復(fù)合而耗盡）抵消，還少一種正離子，即多了一種負(fù)離子。因此，能夠畫做為：則PN結(jié)由一條線變成了有一定寬度了。注意這時(shí)耗盡區(qū)里面的正負(fù)離子間就產(chǎn)生了一定的電壓（書上說叫電場，那就電場吧），稱內(nèi)建電場。其右邊正左邊負(fù)。電場方向是。由于擴(kuò)散、復(fù)合、耗盡（沒了）需要時(shí)間（短的很），就此時(shí)而言，擴(kuò)散、復(fù)合、耗盡的還極少，因此，空間電荷區(qū)很窄，正負(fù)離子數(shù)還極少，因此，內(nèi)建電場的電壓值還很小，該電場含有妨礙擴(kuò)散的能力，但，臨時(shí)妨礙的力量還很小。因此，左右的空穴和自由電子還要繼續(xù)擴(kuò)散，有互相擴(kuò)散就會(huì)復(fù)合和耗盡，使空間電荷區(qū)越來越大，空間電荷數(shù)目越來越多，內(nèi)建電場的電壓越來越大，妨礙擴(kuò)散的能力就越來越強(qiáng)。但是，由于兩邊有少數(shù)載流子，這內(nèi)建電場含有吸引對(duì)方少數(shù)載流子的能力，我們稱為漂移，又使得耗盡層變窄，正負(fù)離子數(shù)目變少，內(nèi)建電場電壓減小。反過來，又加緊了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，又。擴(kuò)散造成正負(fù)離子變多，內(nèi)建電場加大，耗盡層變寬，妨礙擴(kuò)散進(jìn)行，加速漂移運(yùn)動(dòng)；漂移造成正負(fù)離子變少，內(nèi)建電場削弱，耗盡層變窄，妨礙漂移進(jìn)行，加速擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；這樣，擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)互相制約又互相交叉從而一刻不停，使得耗盡層寬度、內(nèi)建電場電壓正負(fù)離子數(shù)量動(dòng)態(tài)的維持在一定的量值上。這被稱為動(dòng)態(tài)平衡。有一點(diǎn)，內(nèi)建電場在常溫下動(dòng)態(tài)維持在約左右。其寬度與摻雜輕重有關(guān)，其正負(fù)離子數(shù)量與這塊結(jié)半導(dǎo)體的長寬高有關(guān)。注意體會(huì)：這里的動(dòng)態(tài)平衡二字的含義。第九講PN結(jié)單向?qū)щ娦陨匣貢f到，PN結(jié)內(nèi)建電場的方向是從N端指向P端，動(dòng)態(tài)平衡時(shí)大概0.65V左右，由于這個(gè)電場的存在會(huì)制止載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而加強(qiáng)漂移運(yùn)動(dòng)，并且最后達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。構(gòu)想一下：當(dāng)我們?cè)O(shè)法削弱該電場時(shí)，則載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)將能維持下去，并形成擴(kuò)散電流。反之：當(dāng)我們?cè)O(shè)法增強(qiáng)該電場時(shí)，則載流子的漂移運(yùn)動(dòng)將能維持下去，并形成漂移電流。削弱該電場的辦法是在PN結(jié)外部加上一種與內(nèi)建電場相反的電壓回路；增加該電場的辦法是在PN結(jié)外部加上一種與內(nèi)建電場相似的電壓回路；圖示闡明：1：正向?qū)щ娤妊芯肯峦饨右环N與內(nèi)建電場相反的電壓，削弱了內(nèi)建電場，加強(qiáng)了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，當(dāng)外接電壓較低，抵消量小，PN結(jié)寬度減小不多，即使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)不不大于漂移運(yùn)動(dòng)，但是擴(kuò)散電流還很小。但是，畢竟產(chǎn)生了電流。和原來未加外接電壓相比，即使有內(nèi)建電場，但達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡時(shí)是不產(chǎn)生電流的。隨著外加電壓的逐步增加，大大加強(qiáng)了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，PN結(jié)寬度越來越窄，擴(kuò)散電流逐步加大。我們把連接的這個(gè)外加電壓正端接P型半導(dǎo)體，負(fù)端接N型半導(dǎo)體的狀況稱為PN結(jié)的正向電壓（即使與內(nèi)建電場反向）。其外加正向電壓與PN結(jié)的擴(kuò)散電流（里面有一部分是相反的漂移電流）作為一種坐標(biāo)的橫軸和縱軸，采用描點(diǎn)法得到的曲線稱為PN結(jié)的正向特性曲線，也叫PN結(jié)的伏安特性曲線。見下圖。在沒加外部電壓時(shí)（如圖，即0V），電流也為0；在外接電壓很小時(shí)（如圖，設(shè)為0.1V），產(chǎn)生的微小的電流，如10PA（皮安培，10PA=0.01mA）；在外接電壓較小時(shí)（如圖，設(shè)為0.3V），產(chǎn)生的較小的電流，如100PA（100PA=0.1mA）；在外接電壓較大時(shí)（如圖，設(shè)為0.5V），產(chǎn)生的較大的電流，如2.5mA；在外接電壓達(dá)成內(nèi)建電壓時(shí)（如圖，設(shè)為0.65V），產(chǎn)生的更大的電流，如10mA-----正向?qū)щ姡灰坏┩饨与妷撼鰞?nèi)建電壓，產(chǎn)生的電流將快速加大，容易造成PN結(jié)因過電流從而過功耗而損壞。==================================================================================================2：反向截止外接一種與內(nèi)建電場相似的電壓，即P端接負(fù)N端接正，這叫反向連接，這時(shí)增加了內(nèi)建電場，PN結(jié)寬度增大，制止了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)了漂移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)外接電壓較低，增加量小，PN結(jié)寬度增大不多，但漂移運(yùn)動(dòng)不不大于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，漂移電流占主導(dǎo)地位，同樣的，和沒加外電壓相比，畢竟產(chǎn)生了電流，即使很小。隨著外加電壓的逐步增加，大大加強(qiáng)了漂移運(yùn)動(dòng)，PN結(jié)寬度越來越寬，漂移電流逐步加大。當(dāng)外接電壓加大到一定程度時(shí)，漂移電流不再增加，維持在一種穩(wěn)定的電流值上。這是為什么呢？由于漂移電流是由少數(shù)載流子的定向移動(dòng)形成的，少數(shù)載流子又是哪里來的呢？前文說到，少數(shù)載流子是由因熱和光的激發(fā)而產(chǎn)生的電子空穴對(duì)中的其中之一，忽視光的影響，少數(shù)載流子的數(shù)量完全由現(xiàn)在溫度的高低決定，外加反向電壓達(dá)成一定程度，全部少數(shù)載流子都參加了形成這個(gè)漂移電流，少數(shù)載流子的數(shù)量只要不增加，其電流就是定值不變。我們把連接的這個(gè)外加電壓正端接N型半導(dǎo)體，負(fù)端接P型半導(dǎo)體的狀況稱為PN結(jié)的反向向電壓（即使與內(nèi)建電場同向）。其外加反向電壓與PN結(jié)的漂移電流作為一種坐標(biāo)的橫軸和縱軸，采用描點(diǎn)法得到的曲線稱為PN結(jié)的反向特性曲線，也叫PN結(jié)的反向伏安特性曲線。見下圖。在沒加外部電壓時(shí)（如圖，即0V），電流也為0；在外接電壓很小時(shí)（如圖，設(shè)0.1V），產(chǎn)生的微小的電流，如1PA；在外接電壓較小時(shí)（如圖，設(shè)為1V），產(chǎn)生的較小的電流，如100PA；在外接電壓較大時(shí)（如圖，設(shè)2V），產(chǎn)生的電流卻沒有變大多少，如101PA------反向截止；在外接電壓達(dá)成內(nèi)建電壓時(shí)（如圖，設(shè)為10V），產(chǎn)生的電流還是沒有變大多少，如102PA；一旦外接電壓超出某一數(shù)值（與具體的單個(gè)產(chǎn)品有關(guān)，如100V），產(chǎn)生的電流將快速加大，這叫做PN結(jié)的擊穿。如果不采用方法，容易造成PN結(jié)擊穿后因過電流從而過功耗而損壞。正向?qū)щ姺聪蚪刂菇凶鰡蜗驅(qū)щ娦裕碢N結(jié)只有一種方向是導(dǎo)電的！第十講PN結(jié)的參數(shù)及使用要點(diǎn)在PN結(jié)生產(chǎn)線上測試時(shí)，用探針法，配合晶體管特性圖示儀，能夠直觀的看到正向特性曲線和反向特性曲線。經(jīng)測試性能滿足規(guī)定的才連接引線和封裝。當(dāng)把PN結(jié)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)引出兩根引線，并用塑料或玻璃封裝起來，可作為成品出售，這就是傳說中的晶體二極管，簡稱二極管。實(shí)質(zhì)上，他內(nèi)部重要就是一種PN結(jié)。標(biāo)記及符號(hào)圖左邊三角形是PN結(jié)的陽極，也叫正極；右邊豎線是PN結(jié)的陰極，也叫負(fù)極。二極管重要參數(shù)：1.正向整流電流IF這個(gè)電流就是前面描述的擴(kuò)散電流，這個(gè)參數(shù)指二極管能夠長久正常穩(wěn)定工作時(shí)允許流過的最大電流。有時(shí)二極管上流過的電流可能還超出IF電流，但是也不損壞，這是由于二極管在流過這樣大電流后，產(chǎn)生的熱量還沒有促使其溫度（PN結(jié)的結(jié)溫）超出極限溫度，接著外電路上的電壓就撤銷，PN結(jié)上電流就休止了（處在降溫狀態(tài)），即瞬間流過的電流允許超出IF，但接著必需讓二極管處在截止?fàn)顟B(tài)。2.反向擊穿電壓U（BR）D指二極管負(fù)極接正正極接負(fù)時(shí)能夠承受的最大電壓，二極管仍處在截止?fàn)顟B(tài)的極限電壓，超出這個(gè)電壓，二極管就不再截止了，變?yōu)榉聪驅(qū)恕＿@種反向?qū)顟B(tài)叫做PN結(jié)的擊穿。PN結(jié)的反向擊穿分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種，這里不認(rèn)真研究，可參閱有關(guān)書籍。普通不不大于6V的為雪崩擊穿，不大于4V的為齊納擊穿，在4V-6V范疇內(nèi)的很難擬定。二極管反向電壓超限并不一定損壞，只要限制其反向電流不要過分的大，則二極管擊穿后并不損壞，當(dāng)反向電壓減小到U（BR）D以內(nèi)二極管還是能夠恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)的。極端狀況下，擊穿后不限制電流造成耗散功率過大從而燒壞的狀況是有的。3.最大耗散功率PD指二極管能長久正常工作時(shí)流過二極管上的電流和二極管兩端的電壓的乘積的最大值。前面我們說二極管流過上的電流允許超出IF，但要注意，這是瞬時(shí)的，不能長久過限工作。4.正向電壓降UD指二極管允許的正向最大電壓，也是二極管上正向?qū)〞r(shí)的電壓。超出這個(gè)電壓會(huì)造成二極管上流過的電流超出IF從而造成二極管損壞，之因此損壞，還是因過熱引發(fā)的。這個(gè)電壓參數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度每升高1°，其UD大概上升1.8mV~2.5mV。現(xiàn)在都大量使用硅材料制作的二極管，其正向電壓降為約0.65V左右。過去若干年所見到的鍺二極管為0.2V左右。5.反向飽和電流IRD這就是前述的漂移電流，指外接反向電壓（未擊穿時(shí)）二極管上流過的電流。這個(gè)參數(shù)也是溫度的函數(shù)，溫度每上升10°，IRD大概擴(kuò)大1倍。二極管在直流電源中擔(dān)任著不可或缺的重要角色。重點(diǎn)提示：有關(guān)二極管的損壞二極管過流或過壓，并不一定損壞，但二極管過流或過壓容易損壞，由于過流或過壓就容易過功耗。但是過壓限制電流或過流限制時(shí)間都能確保二極管不損壞。二極管只要損壞，都是由于過流或過壓后PN結(jié)超出功耗造成結(jié)溫過高而燒壞的。與電源連接時(shí)，如果電源的內(nèi)阻很小并直接連接，為了確保長久穩(wěn)定的工作，要串聯(lián)一種電阻，以限制流過二極管的電流。按圖實(shí)驗(yàn)一下：下圖中圓圈內(nèi)有叉號(hào)的是燈泡。觀察的成果有何不同？第十一講三極管的構(gòu)造顧名思義，三極管三個(gè)電極，與二極管相比，多一種電極，那個(gè)電極是怎么引出來的呢？另外，三極管起到什么作用呢？在制造二極管時(shí)，制作出一種PN結(jié)，在這個(gè)基礎(chǔ)上，再制造一種半導(dǎo)體區(qū)，形成三個(gè)半導(dǎo)體區(qū)，并且P區(qū)N區(qū)互相間隔，引出電極，以下圖。分別稱為NPN三極管和PNP型三極管。左邊是NPN三極管，右邊是PNP三極管三層半導(dǎo)體構(gòu)成的是兩個(gè)PN結(jié)，即一種三極管內(nèi)部包含兩個(gè)PN結(jié)。等效構(gòu)造圖以下圖所示。上面兩三極管示意圖中都包含兩個(gè)二極管，那每個(gè)圖中左邊的二極管與右邊的二極管有何區(qū)別呢？左邊和右邊的兩個(gè)二極管能否對(duì)調(diào)使用呢？這還要從內(nèi)部構(gòu)造說起，參見下面的構(gòu)造示意圖。PN結(jié)的制造其實(shí)就是設(shè)法按規(guī)定摻入雜質(zhì)，以NPN為例，先是N型襯底，在其上擴(kuò)散B原子，產(chǎn)生一層P型半導(dǎo)體，再在這個(gè)P型半導(dǎo)體上擴(kuò)散P原子，產(chǎn)生N型半導(dǎo)體，注意一點(diǎn)，最后這層N型半導(dǎo)體摻雜的P原子很重，造成前一層P型半導(dǎo)體被擠壓得很薄，這樣，就產(chǎn)生了兩個(gè)PN結(jié)。如圖所示，圖中的兩條弧線就是兩個(gè)PN結(jié)。其中，襯底的N型半導(dǎo)體參雜濃度最低，做集電極用，中間P型半導(dǎo)體摻雜濃度次之，且很薄，做基極用，最上邊N型半導(dǎo)體參雜濃度最高，做發(fā)射極用。集電極、基極、發(fā)射極分別用C、B、E字符來表達(dá)。因此，由于摻雜濃度的不同，①N型襯底半導(dǎo)體和③摻P原子產(chǎn)生N型半導(dǎo)體不能對(duì)調(diào)使用，即發(fā)射極和集電極不能對(duì)調(diào)使用。由此可見，三極管有三個(gè)半導(dǎo)體區(qū)，命名為1：發(fā)射區(qū)摻雜濃度高2：基區(qū)摻雜濃度次之，且薄3：集電區(qū)摻雜濃度最低，但體積最大（有些書上說面積）在三極管的三個(gè)區(qū)域上引出電極，分別命名為1：發(fā)射極E用于發(fā)射載流子2：基極B控制發(fā)射的載流子3：集電極C收集發(fā)射的載流子下一節(jié)三極管機(jī)理討論之三極管內(nèi)包含兩個(gè)PN結(jié)，稱為1：發(fā)射結(jié)EB2：集電結(jié)BC第十二講三極管工作機(jī)理三極管工作時(shí)，需要外加特定的電壓，按規(guī)定，其發(fā)射結(jié)外加正向電壓即發(fā)射結(jié)的P端加+，N端加-；集電結(jié)的P端加-，N端加+，以NPN型三極管為例，其外加電壓的狀況以下圖注意圖中，狀況分析以下左邊是發(fā)射區(qū)，是N型半導(dǎo)體，摻雜最重，因此有諸多的自由電子，便于發(fā)射載流子；中間基區(qū)，是P型半導(dǎo)體，摻雜較輕，有部分空穴，且寬度較窄，使發(fā)射區(qū)發(fā)射過來的載流子很容易越過基區(qū)達(dá)成集電區(qū)；右邊是集電區(qū)，是N型半導(dǎo)體，摻雜最輕，但容積很大，便于收集載流子。在發(fā)射區(qū)和基區(qū)交界處是發(fā)射結(jié)（PN結(jié)）；在基區(qū)和集電區(qū)交界處是集電結(jié)（也是PN結(jié)）。圖的下部是兩組電源為VBE和VCB，暫不考慮電壓的大小，只關(guān)心電壓的方向。其工作狀況描述先撇開右半部分不看，見下圖這就是前面描述的二極管外加正向電壓的狀況，能夠參考二極管一節(jié)的外加正向電壓分析，這里大部分與之相似的如擴(kuò)散、復(fù)合、形成電流等內(nèi)容從略。但是，也有不同之處，就是摻雜輕重的區(qū)別和容積大小的區(qū)別，這就是說，復(fù)合掉的數(shù)量極少，形成的基極電流IB（現(xiàn)在看也是發(fā)射極電流），現(xiàn)在請(qǐng)認(rèn)識(shí)一種重要的概念，就是發(fā)射區(qū)在正向電壓驅(qū)使下擴(kuò)散過來的多數(shù)載流子-自由電子如果不能被復(fù)合掉的話，在基區(qū)里將成為基區(qū)的少數(shù)載流子。尚有一點(diǎn)，不管哪個(gè)區(qū)，都有因熱激發(fā)而產(chǎn)生的少數(shù)載流子的存在。此時(shí)對(duì)左邊部分暫告一段落，再看下右邊部分，見下圖這是外加反向電壓的PN結(jié)，由二極管一節(jié)可知，PN結(jié)外加反向電壓有助于少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成極小的飽和電流?，F(xiàn)在我們?cè)侔训谝环倪@個(gè)圖復(fù)制下來看一下，綜合發(fā)射結(jié)外加正向集電結(jié)外加反向電壓的狀況。從圖上看，注意箭頭，發(fā)社區(qū)的最右邊7個(gè)自由電子（多數(shù)載流子）在VBE正向電壓驅(qū)使下，向右邊作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，基區(qū)的最左邊3個(gè)空穴（多數(shù)載流子）也在在VBE正向電壓驅(qū)使下，向左邊作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，因與左邊來的7個(gè)自由電子中的3個(gè)相遇而復(fù)合（掉），左邊剛剛運(yùn)動(dòng)的還剩余4個(gè)自由電子將繼續(xù)向右邊擴(kuò)散從而達(dá)成基區(qū)，這4個(gè)自由電子在基區(qū)就屬于少數(shù)載流子，受外加反向電壓VCB的驅(qū)使，作漂移運(yùn)動(dòng)，將繼續(xù)向右邊移動(dòng)，直到越過集電結(jié)達(dá)成集電區(qū)形成集電極電流。這是第一批載流子運(yùn)動(dòng)的概貌我們分析下形成電流的因素：發(fā)射區(qū)有7個(gè)自由電子向右運(yùn)動(dòng)，形成發(fā)射極電流IE，其方向與自由電子（帶負(fù)電荷）運(yùn)動(dòng)方向相反；而基區(qū)有3個(gè)空穴在向左移動(dòng)，形成基極電流，其方向與空穴（帶正電荷）方向相似；剩余4個(gè)自由電子繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，形成集電極電流，其方向與自由電子（帶負(fù)電荷）運(yùn)動(dòng)方向相反。因此，IE=IC+IB且IC>IB（實(shí)際狀況是遠(yuǎn)不不大于）以上分析都闡明什么問題呢？發(fā)射區(qū)發(fā)射出大量的多數(shù)載流子形成發(fā)射極電流IE，被基區(qū)多數(shù)載流子復(fù)合掉一小部分形成基極電流IB，剩余的一大部分達(dá)成基區(qū)形成基區(qū)大量的少數(shù)載流子，又被集電區(qū)所收集形成集電極電流IC。由此，我們?cè)龠M(jìn)一步總結(jié)一下：發(fā)射極電流IE最大，集電極電流IC次之，僅比發(fā)射極電流小一種基極電流IB，基極電流IB最小，相對(duì)于IC來說約為1%左右，合格的普通為5%~0.2%。需要闡明的是，一旦管子制造成功，這個(gè)比例將被固定，基本不受電流大小所變化。從另一種方面來說，也能夠理解為用微小的基極電流能夠控制集電極較大的電流，這就是所謂的電流放大?？刂颇芰褪请娏鞣糯蟊稊?shù)，用β表達(dá)。即β=IC/IB普通三極管的β在20~500的范疇內(nèi)。配合IE=IC+IB，我們稱為三極管的電流分派關(guān)系，即三極管的電流分派關(guān)系是①IE=IC+IB②β=IC/IB。三極管有兩種類型1：NPN型2：PNP型三極管NPN型和PNP型的對(duì)應(yīng)符號(hào)圖是：第十三講三極管的特性曲線三極管的特性曲線是描述三極管各項(xiàng)參數(shù)的根據(jù)，過去，三極管在出廠時(shí)都有一種特性曲線與之對(duì)應(yīng)，從其特性曲線上能夠大致看出其各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。當(dāng)代，這項(xiàng)工作都被省略了。下圖一種隨機(jī)的三極管特性曲線，我們按照該隨機(jī)特性曲線描述其晶體管特性。三極管的特性曲線能夠從晶體管特性圖示儀（好貴重的儀器）上顯示出來。圖中橫軸UCE是上一講的構(gòu)造示意圖中UCB和UBE的兩者疊加，即UCE=UCB+UBE。圖中縱軸IC是流過三極管的集電極電流。圖中的每一條曲線代表一種基極電流IB值，事實(shí)上應(yīng)當(dāng)是密密麻麻的，只是選擇了這14個(gè)做典型顯示出來。下列有關(guān)組合字符除首字符外其后跟的若干字符均為下標(biāo)，文中不再加下列標(biāo)顯示。直流電流放大倍數(shù)β的描述直流電流放大倍數(shù)β是指特性曲線區(qū)任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的IC電流和IB電流之比。如A點(diǎn)，IC=2.9mA，IB=30μA，則其直流電流放大倍數(shù)β=IC/IB=2.9mA/30μA=97；而B點(diǎn)，IC=4.5mA，IB=45μA，則其直流電流放大倍數(shù)β=IC/IB=4.5mA/45μA=100；可見。選擇不同的點(diǎn)，其直流電流放大倍數(shù)β也不盡相似。我們來感覺下C點(diǎn)和D點(diǎn)_C點(diǎn)，IC=1.5mA，IB=30μA，則其直流電流放大倍數(shù)β=IC/IB=1.5mA/30μA=50；D點(diǎn)，IC=0.05mA，IB=0μA，則其直流電流放大倍數(shù)β=IC/IB=0.05mA/0μA∞；可見,選擇的點(diǎn)的位置不同，其得到的三極管的參數(shù)也不同，如β為50，97，100，∞等。其中，D點(diǎn)的計(jì)算成果∞是錯(cuò)誤的，接下來會(huì)有所進(jìn)一步討論。這各個(gè)點(diǎn)如A、B、C、D，就稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q來表達(dá)，Q就是靜態(tài)工作點(diǎn)的含義。在ABCD四個(gè)Q點(diǎn)中，顯然，AB兩個(gè)Q點(diǎn)選擇的比較適宜，含有較大的直流電流放大倍數(shù)，而CD點(diǎn)選擇的不適宜。要想選擇對(duì)應(yīng)的Q點(diǎn)，需要兩個(gè)條件，一是所加的電壓UCE，二是擬定基極電流IB，留待后續(xù)討論。晶體管的四個(gè)工作區(qū)域三極管直流電流放大倍數(shù)反映的是給定一種較小的基極電流IB，能獲得較大的集電極電流IC。我們說上面的A、B點(diǎn)選得適宜，是由于其還含有較大的直流電流放大倍數(shù)，如果Q點(diǎn)選擇的不當(dāng)，則直流電流放大倍數(shù)較小，如C點(diǎn)，甚至輸入一種特定的基極電流，反映出來的集電極電流無規(guī)律可尋，如D點(diǎn)。這就涉及到三極管的工作區(qū)域問題，我們把下圖左邊的區(qū)域稱飽和區(qū)，把下面的一段區(qū)域稱截止區(qū)，把右上區(qū)域稱擊穿區(qū)。把圖中三條紅線圍起來的區(qū)域稱放大區(qū)。飽和區(qū)的特點(diǎn)：反映出的直流電流放大系數(shù)較?。籙CE電壓較低，往往不大于0.4V，隨著外加UCE的變化，分別有深度飽和區(qū)、淺飽和區(qū)和臨界飽和區(qū)。臨界飽和是那條通上右上的那條紅色直線上的各點(diǎn)，深度飽和是UCE很小，淺飽和區(qū)介于深度飽和和臨界飽和之間的點(diǎn)，飽和時(shí)的UCE電壓稱飽和電壓，用UCES表達(dá)，普通<0.4V。截止區(qū)的特點(diǎn)：_是IB0，IC0，這時(shí)IC隨著IB的變化不呈線性變化，IC≠βIB，且即使IB=0，IC≠0，這是由于三極管內(nèi)部BC結(jié)少數(shù)載流子作漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流ICBO，這是二極管的漏電流，反映到三極管CE之間，稱基極開路集電極和發(fā)射極之間的飽和漏電流，簡稱漏電流，也叫穿透電流，用ICEO表達(dá)。擊穿區(qū)的特點(diǎn)：當(dāng)UCE很大時(shí)，其集電極電流IC不再保持恒定，而是很快的的變大。這時(shí)的IC也不再隨著IB的變化而線性變化，而是隨UCE電壓的變高而快速變大，此時(shí)如果不加以限制其電流的增大，容易損壞三極管，造成永久性擊穿（損壞）。放大區(qū)是研究模擬電子技術(shù)應(yīng)用的重要區(qū)域，介于三根紅色線條所圍起來的那個(gè)中間區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)是，IC隨著IB的變化而線性變化，或者說集電極電流IC受基極電流IB所控制，而與集電極到發(fā)射極之間的電壓UCE無關(guān)，三極管要想正常處在放大狀態(tài)必須工作在這個(gè)區(qū)域，這是我們要研究的重點(diǎn)。第十四講三極管基本放大電路的演變有關(guān)三極管的某些重要參數(shù)可參見有關(guān)書籍。這里給出某些三極管的參數(shù)名詞1：直流電流放大系數(shù)（或叫靜態(tài)電流放大系數(shù)，放大系數(shù)也叫放大倍數(shù)）β，注意符號(hào)β的上方有上劃線。描述的是集電極電流和基極電流的比值，在放大區(qū)內(nèi)近似為常數(shù)，大概在20~400范疇內(nèi)為合格，有些超β管子達(dá)成1000倍，