半導體與晶體管

引言

       本小節介紹半導體,PN節的形成,介紹三極管,三極管的測量的方法,三極管的開關電路。由於現在半導體的集成度越來越高,小功率設計大多都是以集成芯片爲主,而半導體廠商在推出自己的芯片的同時都會給出典型應用電路,使設計變得相對來說不那麼複雜,但是面對大功率的時候,由於一些元器件體積較大,無法集成到芯片內部,所以這時候模電就顯得尤爲重要,典型就是開關電源,唯一有用到芯片的地方就是功率矯正芯片,但是外圍都是模電的知識。小編本着自己學習模電的經驗,給各位正在學習的朋友一些啓發,希望正在學習的你能夠少走彎路,如有不對的地方請及時留言或者加羣批評指正,在此感謝。

名詞解釋

名詞 解釋
本徵半導體 純淨的不含雜質的半導體,比如單晶硅等。
載流子 是帶正電荷的空穴和帶負電荷的電子的統稱,可理解爲運載電流的物質。這裏的空穴是原子外圍缺少了一個電子,導致原子整體帶正電,而這個缺少的電子的位置可理解爲空穴,模電書籍裏用白色空心圓表示,電子用黑色實心圓表示。
雜質半導體 本徵半導體摻入其它的物質。
P型半導體 四價的硅或者鍺摻入少量的三價雜質,如硼,稼等!該雜質半導體導電物質主要是空穴。
N型半導體 四價的硅或者鍺摻入少量的五價雜質,如磷砷等!該雜質半導體導電物質主要是電子。
PN結 由於多數載流子的定向移動,在兩種雜質半導體的交界處形成的空間電荷區。
正向偏置 P抽頭接正極,N抽頭接負極。
反向偏置 P抽頭接負極,N抽頭接正極

白話解釋關鍵名詞

PN結單向導電性的形成原因:在書上我們會看到耗盡層空間電荷區。PN結,耗盡層,空間電荷區這些不嚴格意義上來講就是一個名詞的另一種叫法,以下我們統稱PN結吧!因爲後面說道MOSFET的時候也會有這麼一個名詞。這個PN結的形成,是由於在製作晶體管時,P型半導體和N型半導體在交界處形成的一個壁壘,我們可以把它想象成一睹牆,這個牆很皮,當你在P型半導體一邊加一個正電壓,N型半導體一邊加一個負電壓,這堵牆就很低(這就是0.7V的PN結正向結電壓,又稱結壓降)。當你在P型半導體一邊加一個負電壓,N型半導體一邊加一個正電壓,這堵牆就很高(理想二極管是無窮大,實際中是根據手冊看方向耐壓值,這是PN結反向結電壓特性,又稱反向耐壓)。總之一句話,PN結,就是兩塊材料不同的雜質半導體擠在一起在交界處形成的一個電荷區,它的特性取決於施加的電壓,以及交界處兩種材料的厚薄有關,關於這個形成的本質原因(微觀領域),還請自行扒書,不過沒什麼用,也只是作爲了解罷了。
伏安特性
       看圖,右邊原點到Uon的一段,就是平的,電流就沒什麼變化。這個Uon就是開啓電壓,也是PN結的節壓降,就是正向的那堵牆。再看左邊,原點到Ubr的一段,電流就沒什麼增長,只有很小的電流(反向漏電流Is),但是超過Ubr就崩了,電流急劇上升,這裏Ubr就是反向最大耐壓,崩了之後就GG了,就是壞了(雪崩擊穿)。其實這個特性,後來也被做成了穩壓管,穩壓管是特殊的二極管,工作在雪崩擊穿狀態。

二極管及三極管介紹

二極管

       其實二極管注意的參數不是太多,但是涉及到工程應用,也很頭疼,比如電源設計中,要考慮節壓降帶來的損耗,以及反向耐壓,正向整流電流等!在高頻電路中,又要考慮二極管的高頻特性,等效結電容,結電阻等。所以很多時候,應用也跟行業有關,但在這裏,我們只說常見應用,後面遇到時會在當文中提及。
二極管參數
如圖所示,我們通常關心的參數只有這幾個,以下列舉出來:

  1. 反向耐壓VR
  2. 平均整流電流IF
  3. 正向壓降VF
  4. 封裝(畫PCB是需要考慮)
    數據手冊大多都是英文的,中文的有很多有錯誤,如果有因爲不好的小夥伴(像我),教大家一個方法就是有道詞典,裏面有個截圖翻譯,不管372十1,先截圖翻譯了再說。
    1N4007
    1N4007
           如圖所示,雖然翻譯的不太好,但是我們能看的出來我們需要的參數,上訴最大重複峯值反向電壓,其實就是反向耐壓,下面還有一個最大直流阻斷電壓,就是直流狀態下反向耐壓,還有平均整流電流,以及節壓降等等!總能找到我們需要的,很多時候,我們是根據產品去選型,而不是自己知道什麼,就用什麼,選型可以去立創商場去搜索,作爲參考,這個圖我用的M7二極管,實際上就是插件的1N4007整流管。

三極管

       其實三極管注意的參數也不是太多,但是涉及到應用,更頭疼。這個估計是很多人的噩夢吧!可是號稱三稽管的東西啊!不扯皮,其實這個東西,在數字電路中很多時候,只是當個開關用,在模擬電路中,經常用於放大信號。在這裏,重中之重的參數就是集電極最大電流
三極管
       如圖,有什麼東西嗎??就一個三極管,但三極管有兩個PN結,爲什麼稱爲三極管,是因爲有三條腿(三個引腳),有三塊雜質半導體擠在一起形成的,比如說P-N-P管,就是把N型半導體夾在中間,P型放兩邊。還有一種就是N-P-N型,同理,是一樣的。這個就會形成兩個空間電荷區,但是內部電荷流向,不在詳細解釋,心累,而且當時明白後來會忘,所以直接會用就行。

S8050
       雖然看上去挺複雜,But,我們拿有道翻譯一下就行了,三極管只記住集電極最大電流,後面再接觸到其它參數,我們再介紹。

總結

       常用先記着這麼多,後面研究二極管和三極管的時候會用到這些東西,三極管和一些IC的參數,會在每篇的博文的開頭給出。要記得關注我的博客,大家一起學習哦!

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