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  • 关于半导体器件开关特性的探究 1· 猜想,半导体是介于导体和绝缘体之间的电介质,开关是否像灯泡开关一样,半导体作为开关是如何控制的,又是为什么可以作为开关。 2· 首先需要解决半导体和二极管、三极管和...

      关于半导体器件的开关特性的探究

    1· 猜想,半导体是介于导体和绝缘体之间的电介质,开关是否像灯泡开关一样,半导体作为开关是如何控制的,又是为什么可以作为开关。

    2· 首先需要解决半导体和二极管、三极管和MOS管的关系。

    书上说半导体材料是“硅”“锗”它们都是第4主族元素,外层有4个电子,锗是金属元素,知道第4主族的元素容易形成晶体结合成8个电子的稳定结构,而为什么会使电子运动形成半导体呢?书上说在零下273摄氏度的情况下,晶体结构是稳定的,而常温下容易形成不稳定的价电子,也就是说,共价的电子容易发生移动,这么说,如果电子容易移动,这就不会形成稳定的晶体了。查资料看共4个电子的晶体碳、硅和锗形成了什么?书上说在常温下,在电场力的作用下,纯净的晶体半导体(称为本征半导体)容易把共价的电子形成自由电子,这就是这些半导体形成的原因,那么说他们共同的8个电子,只有几个可以形成自由电子,才形成半导体的吧。自由电子移动后形成的空位叫做空穴,在电场的作用下,电子不断的失去和填补空穴而形成电荷的移动,从而形成了半导体。

    根据以上分析,纯净的半导体导电性能是比较差的,为了提高导电性能而加入杂质(那么我想,想要提高导电性能为什么不直接使用金属导体呢 ,猜想是要把导电性控制到金属和本征半导体之间),那么掺入什么杂质合适呢?书上说的是加入外层3个电子的硼和外层5个电子的磷,之后会有什么效果呢?猜想如果加入硼会少一个电子,不容易形成稳定的结构,那么会有电子来补充形成半导体,如果加入磷,会多一个电子,电子的移动形成半导体。

    书上说,由于加入磷后形成一个自由电子的移动,电子带负电(negative electricity)所以叫N型半导体,由于加入硼后少一个电子,空穴带正电(positive electricity),所以称为P型半导体。那么二极管和三极管还有MOS管是如何形成的呢?

    3· 制成了两种含杂质的半导体有什么用,可以作为开关使用吗?只能限制电流的流通,不能作为开关啊,除非是电流小断开,电流大关闭,可是半导体不能调节电流,那么半导体开关指的是什么呢?书上说的是把P型半导体和N型放在一起使用,那么,多一个电子的N型半导体的电子会向P型少一个电子的半导体运动,那么就会形成由NP的电子运动,利用这一点,书上说PN形成的半导体具有单向导电性,猜想,如果外加电压也是让电子由N型跑到P型,则会导通,也就是说N型一端加负电压,P型一端加正向电压,半导体内外电压方向一致就会导通,反之,如果P型加负电压,N型加正电压,会导致半导体内外电压相反,则会不导通,难道是用这个方式来形成开关的吗?如果是利用这个来做开关,对于直流电来说,要么导通要么不导通,对于交流电来说,方向不停地变,不会作为开关,那么作为开关的半导体是什么呢?

    4· 由PN型半导体构成的叫做二极管,分析PN型二极管的伏安特性:(1)外电场和内电场一致:当外电场非常小的时候,电流很小,外电场几乎不发生作用,当外电场较大的时候电流立即增大,呈现指数规律增大,为了保护二极管,所加的外电压通常为一个固定的值,硅为0.7V,锗为0.2V,(2)外电场和内电场反向的时候,如果外电场较小于内电场,会处于不导通状态,如果外电场很大,会击穿内电场造成二极管的损坏。 可见,无论是正向还是反向的外电场,在外电场较大的时候都会造成二极管的损坏,所以,使用二极管的时候,两端要加上固定大小的正向电压。(猜想:二极管利用加上固定的小电压来导通,利用反向小电压来不导通,是利用这个特性来作为开关的吗?)

    5· 二极管是由PN型半导体形成,那么三极管是由什么组成的呢?书上说用两个PN型半导体组合在一起就形成了三极管。猜想会有两种三极管,两个N型半导体,中间P型半导体,还有两个P型半导体,中间N型半导体。对两种类型的三极管分别进行分析:对于PNP型的三极管,P型半导体少一个电子,N型半导体多一个电子,如果用PNP型三极管,则中间的电子会往两边P型的移动,那么就形成了两个反方向的内电场,此时如果加一个方向的外电场,则会有一个方向相同,有一个方向相反,也就是说一个是电流呈现指数变大,另一个呈现不导通状态,经过分析可以知道,如果把PNP型半导体或者NPN型半导体的两端接在电源两端,则会有一端不导通,另一端电流放大,由于为导通,最终的结果是电路无导通,可见三极管不能直接将电源接在两侧,那么电源的两端应该接在哪里?如果利用PN型的特性来接,显然是行不通的,那么该如何接三极管的三个半导体和电源的两极?

    6· 看书上的接线我觉得很神奇,因为按照我的分析来说,一个电路回路是按二极管的正常接法,另一个是不导通的接法,现在看书上的分析。

    结论是:I(3)=I(1)+I(2);当管子制成以后,I2)和I1)的比例是确定的,称为电流的放大系数;I(3)=I(1)+I(2)

    在这里,有反向电压,为什么没有发挥二极管的不导通作用,书上是这样说的(集电结加反向电压且截面积较大),即使这样解释,三极管只有电流的放大作用,怎么可以作为开关的作用呢?

    ·那什么是MOS管呢?书上说MOS管类似于三极管,比三极管的性能要高出很多,好吧。。。

    ·通过上面的分析可以知道,二极管有单向导电性,可以根据电流方向来作为导通或者不导通的电路开关,而三极管只有电流放大作用,如何作为开关使用呢?

    书上这样说的,当V1非常小的时候,I1)约为0I2)是I1)的倍数,因此I2)也是约为0,此时相当于三极管断开,当V1增大使I1)不为0的时候,I2)也开始有放大电流,此时相当于三极管的闭合。那么根据这说法,二极管利用了单向导电性来体现开关的特性,三极管使用左边的控制电压来体现三极管的开关特性。

    ·总结:二极管和三极管都属于含两种杂质的半导体器件,MOS管是性能较高的三极管,二极管利用单向导电性来作为开关,三极管利用一端电路电压来控制另一端的开关特性。

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    门电路:用来实现逻辑代数中的逻辑关系电子电路

    门电路和逻辑关系相对应,类型有:与门,或门,非门,与非门,或非门,异或门等

    信号地 1,0用电位中的高低电平来表示,此处高低电平只是范围不是准确值

    2-8V高电平

    0-0.8V低电平

    正逻辑:高电平表示1,低电平表示0。相反的就是负逻辑

    获取高低电平的方法是利用:电子开关取代机械开关,即二极管,三极管,mos管的开关特性来实现的(半导体器件的开关特性)

    分立元件门电路:

      二极管共阳接法可以实现与门

      二极管共阴接法可以实现或门

      三极管可以实现非门

    分立元件构成的电路缺点很大:

      1.体积庞大,性能不稳定,带负载能力差

      2.在多个门串接使用时,会出现电平偏离的情况

    所有这种电路只会用于某些单元电路中

     

    转载于:https://www.cnblogs.com/wanjn/p/7731814.html

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  • 这一节的知识有好多都和模拟电路的知识有关,但是由于我是自学不太清楚顺序,所以没有学模拟电路。于是理所应当的这节课的内容我听的满吃力的,课件刷了三遍才大概搞懂了。还好我昨天就已经开始着手去学这节了,不然...

    这一节的知识有好多都和模拟电路的知识有关,但是由于我是自学不太清楚顺序,所以没有学模拟电路。于是理所应当的这节课的内容我听的满吃力的,课件刷了三遍才大概搞懂了。还好我昨天就已经开始着手去学这节了,不然今天肯定就完不成任务了。笔者周二和周四都是满课,早八到晚九的那种。今天的内容是课上偷偷摸鱼弄出来的,所以全都是笔记的形式了,还望海涵。(虽然也没啥人看就是了。。。。)
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    从电脑上来看,图片还是满清晰的,但是以后最好还是弄成文档形式吧

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    一、二极管

    1、伏安特性曲线

    在这里插入图片描述

    正向偏置的时候,硅管的导通电压为0.7V。图中,0<U<0.7V时,电流I近似为0mA,视为截止,U>0.7V时,电流I可趋向于无穷,此时二极管除了0.7V的压降外,与导线无差别。
    反向偏置的时候,二极管的反向击穿电压为UBR,反向击穿电压没有定数,视具体情况而定。图中,UBR<U<0V时,电流I近似为0mA,视为截止,U<UBR时,二极管被击穿,如果不加限流措施,二极管有可能永久损坏。

    2、开关特性

    二极管导通时候相当于开关闭合(电路接通),截止时候相当于开关打开(电路切断),基于此,二极管可以作为电路中的开关。
    开通时间:二极管从截止到导通的时候。
    反向恢复时间:二极管从导通到截止的时候。
    开关时间=开通时间+反向恢复时间≈反向恢复时间 (开通时间<反向恢复时间)

    3、主要参数

    1)最大整流电流IOM(mA)

    二极管能长期正常工作时的最大正向电流,通过二极管的电流长时间超过此电流,二级会被烧坏。
    2)最高反向工作电压
    二极管工作时候允许外加的最大反向点阿姨,为UBR的一半,是个瞬时值,超过此值,二极管可能会因为反向击穿而损坏。
    3)最大反向电流
    这是一个技术指标,外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成反向电流,如上,也不能太大。
    4)最高工作频率
    高工作频率是二极管工作的上限频率,最高工作频率的值主要取决于PN结结电容的大小。若是超过此值。则单向导电性将受影响。

    二、三极管(BJT)

    1、伏安特性曲线

    伏安特性:
    三极管各电极电流和级间电压的关系。
    三极管的伏安特性曲线包括:
    输入特性曲线和输出特性曲线,三极管不同的连接方式就有不同的特性曲线。共有三种组态:
    共发射极电路:
    输入端是基级和发射级,输出端是集电极和发射级。
    共集电极电路:
    输入端是基级和集电极,输出端是集电极和发射级。
    共基级电路:
    输入端是基级和发射级,输出端是集电极和基级。
    (盗图可耻,画图我懒,大家翻书吧,下面的场效应管也是如此)

    2、开关特性

    避开放大区,直接让三极管在饱和区和截止区来回切换,达到开关的作用。
    截止区:E结反偏,C结反偏。
    放大区:E结正偏,C结反偏。
    饱和区:E结正偏,C结正偏。

    3、主要参数

    1)静态工作点Q
    UBQ、UCEQ、ICQ
    2)放大倍数β
    IC=β*IB
    3)最大集电极电流ICM
    4)最大管耗PCM
    5)CE间击穿电压U(br)CEO

    4、公式

    rbe=rbb’+(1+β)(26/ICQ)

    三、场效应管

    1、场效应管和三极管的主要区别

    场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻
    场效应管是单极型器件(三极管是双极型)
    场效应管受温度影响小(只有多子漂移运动形成的电流)

    2、场效应管按结构分为以下几种

    1)N沟道 耗尽型场效应管(DMOS)
    2)P沟道 耗尽型场效应管(DMOS)
    3)N沟道 增强型场效应管(EMOS)
    4)P沟道 增强型场效应管(EMOS)
    5)N沟道 结型场效应管(JFET)
    6)P沟道 结型场效应管(JFET)
    PS:沟道是指载流子流通的渠道、路径。N沟道VDS>0V,P沟道VDS<0V

    3、转移特性:

    ID≈IDSS(1-VGS/VGS(off))²
    gm=上式对VGS求导

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空空如也

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半导体器件开关特性