第一講電荷一、正電荷和負電荷初中的時候我們學習過的物理和化學里有有關自然界中的物質的定義是：物質由分子構成，分子由原子構成，原子由原子核和核外電子構成。原子核帶正電，核外電子帶負電。元素的序號就是一種原子中原子核內正電荷的數目，核外電子的數目與核內正電荷的數目相等，正電荷和負電荷互相抵消而呈電中性。因此，正常狀況下物質是電中性的，即不帶電的。當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，化合價有體現能夠擺脫原子核束縛的自由電子數目多少的特性。如，硅原子的序號是14，表達有14個核外電子，14個核內正電荷。但是化合價是4，即可能最多有4個核外電子擺脫原子核的束縛而成為自由電子，其它10個永遠被原子核束縛，不得擺脫。核外電子在原子核周邊是按層次有規律的飛旋運轉的。正電荷和負電荷有互相吸引的作用，同種電荷有互相排斥的作用。二、物質帶電當我們設法把正電荷和負電荷分開，物質就帶電了。例如，物質的一頭帶正電荷，另一頭帶負電荷。或者我們把某物質的某種電荷移走一部分，這個物質就剩余與移走的電荷的反電荷，數量相似，這個物質也就帶電了。普通的辦法是摩擦起電或感應起電或接觸起電。摩擦起電：用絲綢摩擦玻璃棒，玻璃棒上就產生了正電荷。感應起電：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：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。如果我們把物質的某種電荷移走，但是該物質能源源不停的補充這種電荷，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，形成電流。為什么要加上“定向”呢？由于物質里面的電荷是無時無刻的在運動著，但不定向自由運動，就不能形成電流。二、電壓電壓是形成電流的要素，一根導體兩端如果有電壓，這根導體上就產生了電流。上一講談到的電源，有電壓的電源，也有電流的電源，他們是能夠互相轉換的。三、電阻妨礙電流通過的物體是電阻，任何有形物質都含有電阻的特性。只是妨礙電流能力的強弱而已。如銅棒，木棒，水，空氣。任何物質都有其特定的電阻率，電阻率是描述一種物質單位截面積、單位長度所體現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表達電流，U表達電壓，R表達電阻，則其中電流I的單位是安培，簡稱安，用A表達；尚有毫安培，用mA表達，簡稱毫安；以及微安培，用uA表達，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；尚有毫伏特，用mV表達，簡稱毫伏；以及微伏特，用uV表達，簡稱微伏。1V=1000mV；1mV=1000uV；尚有電阻R，單位是歐姆，簡稱歐，用?表達；尚有千歐姆，用K?表達，簡稱千歐；以及兆歐姆，用M?表達，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。在電子技術領域，用到千安培、千伏特和毫歐姆等單位的比較少見。第三講電阻器的認識導線的電阻很小，如1m長度1mm2的銅線器電阻不到0.1Ω。而電子技術中有時需要用到較大的電阻，那需要很長的導線，不僅價格貴，安裝也不方便。因此人們設法用便宜物質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．電阻的符號和表達辦法：R1表達電阻的序號，即這是圖中的第1個電阻；1.2KΩ表達這個電阻的阻值，也可簡寫為1.2K或1K2。2．電阻的標稱值國際原則標稱電阻采用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（上述數字本身），始終到10的6次方（1M~9.1M）。3．電阻的色環表達當代電子產品體積較小，電阻上不能印刷文字來表達阻值，用一圈圈不同的顏色來表達，參見有關書籍。4．電阻的串聯R總=R1+R2=12K+1K2=13K212KΩ能夠簡寫為12K，1.2KΩ能夠簡寫為1K2。串聯電阻總的阻值為若干個電阻的和問答題：1）兩個相似的電阻串聯，總的阻值是？2）1個很大阻值的電阻和一種很小阻值的電阻串聯，總阻值由哪一種占主導？5．電阻的并聯并聯電阻總阻值的倒數為各電阻倒數的和1/R總=1/R1+1/R2=1/12K+1/1K2或并聯電阻總的阻值為若干個電阻的乘積除以若干個電阻的和。問答題：1）兩個相似的電阻并聯，總的阻值是？2）1個很大阻值的電阻和一種很小阻值的電阻并聯，總阻值由哪一種占主導？課后可多設立某些電阻串聯、并聯和混合聯（本文從略）計算以加深印象。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，根據平行板的面積和間距決定這個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）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。電容器的符號與他的定義很形象，以下圖，用Cx來表達序號，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，由于這個量綱體現的電容很大，因此電子技術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，皮法拉用PF表達。近年來，又對應推出了納法拉（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去的，一種特定容量的電容器，所充進去的電荷數目越多，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注有電容量外，還標注有限制電壓，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，能夠兩端對調使用；而大容量的（稱電解電容）的耐壓往往達成25V以上的，有電壓極性的標注，使用時，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，使用時要小心。電解電容器接反時，容量嚴重減小，耐壓大大減少，損耗嚴重。電解電容器的的符號比普通電容器多了個“正”號，有“正”號的那邊是正極，另一邊是負極。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，是指大小能隨時間交變變化的電源，也叫交流信號，每秒鐘交變的次數稱為交流電的頻率，單位為赫茲（Hz），如1000Hz是指這個交流電信號每秒交變1000次。第五講信號一、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，屬于直流電源的一種，上面長橫線是正極，下面短橫線是負極，用E表達，右側可注明電池的壓，兩個以上相似的電池串聯稱電池組。尚有能夠從高壓交流220V轉換來的電源，廣義的直流電壓源符號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穩定的。任何電壓源都有其本身內阻的特性，普通較小，因此往往在分析計算時被忽視。2．直流電流源直流電流源向外提供穩定的直流電流，其廣義的符號為所示。我們認為，電流源的內阻普通較大，計算時其內阻往往被也忽視。電壓源和電流源之間能夠互相轉換，可參考有關書籍，有關戴維南定理和諾頓定理章節。二、交流電源交流電源是指正負端隨時間交替變化的電源，普通我們按正弦規律變化的來分析。本節未完待續注：上“圖”太復雜，留著后來改版升級后再加，或抽空加。給網站提難題了，勿怪第五講（二）繼續0.5V直流電和0.5V有效值交流電如果接入相似的電阻，其電阻上產生的熱量是相似的。文中，電壓源內阻較小時，缺一種“阻”字第六講半導體的基礎知識物質導電能力的大小是用導體和絕緣體來表征的，導體的導電能力強，絕緣體的導電能力弱；導電能力介于導體和絕緣體之間的物質，就稱為半導體；常見的半導體有硅（Si）和鍺（Ge），這是單質半導體；尚有化合物半導體砷化鎵（GaAs）和磷化鎵（GaP）；當半導體受熱、光、雜質的影響后，其導電能力急劇上升，這是和導體、絕緣體有所不同的；完全純凈的且晶格完整的（晶格，物質構造專有名詞，這里不展開講述）半導體稱本征半導體；本征半導體在絕對0°K（自然環境不存在）和無光照的狀況下，和絕緣體是相近的，是不導電的；當摻入雜質后，導電能力才急劇上升。但是達不到導體的程度；常規狀況下，半導體都是4價的。即原子的最外層有4個電子。受熱或受光照后，其中的1-4個就會獲得能量脫離原子核的束縛，自由運動，能夠導電，稱為自由電子，同時出現了1-4個空位，稱為空穴，空穴也是能導電的。這叫做熱激發；當摻入雜質后，就破壞了原子構造，摻入5價元素，每個原子就多了一種電子，摻入3價元素，每個原子就少了一種電子即多出了一種空穴；我們正是運用摻雜才將半導體制作成為對我們有用的物質----雜質半導體；當摻入3價硼（B）原子，每個原子周邊就比半導體原子少了一種電子，對半導體整體來說，就出現了一種空位，稱為空穴，這個空穴是帶正電荷的。含有空穴的半導體稱P型半導體，空穴（帶正電荷）也是能導電的，就像電影院里的一種空座位，人挨個往空座位方向移動時，空座位就從這一頭移動到了另一頭，因此說，空穴（帶正電荷）也能導電；當摻入5價磷（P）原子，每個原子周邊就比半導體原子多了一種電子，對半導體整體來說，就多出了一種電子。這個電子不受原子核束縛，能夠自由移動導電，稱自由電子，自由電子是能導電的。含有自由電子的半導體（這個自由電子與受光和熱激發出來的自由電子不同，這個是多出來的，沒有空穴與之對應）稱為N型半導體；自由電子和空穴相遇時，自由電子就可能呆在了空穴的位置，稱為復合。第七講PN結的形成有關上一講，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）這個名詞。N型半導體中，除了含有因摻入5價元素（如P）雜質而產生的自由電子外，也有空穴，空穴是由于熱激發而產生的“自由電子空穴對”中的空穴。我們把N型半導體中的自由電子稱為多數載流子，把N型半導體中的空穴稱為少數載流子。同樣的P型半導體中，除了含有因摻入3價元素（如B）雜質而產生的空穴外，也有自由電子，自由電子是由于熱激發而產生的“自由電子空穴對”中的自由電子。我們把P型半導體中的自由電子稱為少數載流子，把P型半導體中的空穴稱為多數載流子。=========================================================================================================================這一節講下PN結的形成半導體中，PN結是形成二極管和三極管的最重要的成分，沒有PN結，就沒有半導體在現在當代社會中的廣泛應用，涉及CPU。當把N型半導體和P型半導體有機的結合到一起，就形成了PN結。注意，是有機的結合，而不是簡樸的拼湊。所謂有機的結合，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，但是總數少，我們叫做“輕”摻雜，當我們在這塊N型半導體的上表面的某一定的厚度范疇內，如2um，繼續摻雜B原子，則摻雜到一定程度時這2um范疇內的P和B原子的數目相等，這時自由電子和空穴數量相等并且互相復合，反而類似于本征半導體了（只剩余了因熱激發而產生的少量電子空穴對），在此基礎上，繼續摻雜B原子，則空穴就多于自由電子了，被改作了P型半導體了（重摻雜）。在這個2um的交界處，一邊是N型半導體，自由電子多空穴少；另一邊是P型半導體，空穴多自由電子少，那這個2um的交界面就叫做PN結。注意了，PN結僅僅是一種P型半導體和N型半導體的交界面而已！這是所謂的用平面工藝所產生的PN結。尚有其它辦法也能產生PN結，如合金法，此處不做描述。正是這個PN結，給我們后來的電子技術的發展，帶來的前所未有的、空前的機遇。第八講PN結機理上一講說，N型半導體和P型半導體有機結合后，其交界面處就叫做PN結。其交界面的狀況會是什么樣子的呢？圖示闡明。圖中，左邊是P型半導體，右邊是N型半導體，P型半導體充滿了空穴，N型半導體充滿了自由電子。物質含有從濃度高的向濃度低的方向擴展的能力，一滴紅墨水，滴入一杯清水中，紅墨水就會向清水中滲入，這其實是擴散，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，是由于熱激發產生的，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結向右邊擴散，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結向左邊擴散，兩者在互相擴散過程中因相遇而復合（消失了），則PN結附近的兩邊自由電子和空穴都沒有了。這時，我們說，PN結含有一定的寬度。這個空白區域有許多名稱，都是能夠的。1）空間電荷區；2）勢壘區；3）耗盡層等。事實上，空間電荷區并不是空的，確實是有電荷的，但是那不是空穴和自由電子，而是正離子和負離子，哪兒來的？N型一邊摻入的P原子的是5價，核內有5個原子核帶正電，和周邊四個電子（不是自由電子，自由電子已經因復合而耗盡）抵消，剩余一種正離子。P型一邊摻入的B原子的是3價，核內有3個原子核帶正電，和周邊四個電子（同上，不是自由電子，自由電子已經因復合而耗盡）抵消，還少一種正離子，即多了一種負離子。因此，能夠畫做為：則PN結由一條線變成了有一定寬度了。注意這時耗盡區里面的正負離子間就產生了一定的電壓（書上說叫電場，那就電場吧），稱內建電場。其右邊正左邊負。電場方向是。由于擴散、復合、耗盡（沒了）需要時間（短的很），就此時而言，擴散、復合、耗盡的還極少，因此，空間電荷區很窄，正負離子數還極少，因此，內建電場的電壓值還很小，該電場含有妨礙擴散的能力，但，臨時妨礙的力量還很小。因此，左右的空穴和自由電子還要繼續擴散，有互相擴散就會復合和耗盡，使空間電荷區越來越大，空間電荷數目越來越多，內建電場的電壓越來越大，妨礙擴散的能力就越來越強。但是，由于兩邊有少數載流子，這內建電場含有吸引對方少數載流子的能力，我們稱為漂移，又使得耗盡層變窄，正負離子數目變少，內建電場電壓減小。反過來，又加緊了擴散運動的進行，又。擴散造成正負離子變多，內建電場加大，耗盡層變寬，妨礙擴散進行，加速漂移運動；漂移造成正負離子變少，內建電場削弱，耗盡層變窄，妨礙漂移進行，加速擴散運動；這樣，擴散和漂移運動互相制約又互相交叉從而一刻不停，使得耗盡層寬度、內建電場電壓正負離子數量動態的維持在一定的量值上。這被稱為動態平衡。有一點，內建電場在常溫下動態維持在約左右。其寬度與摻雜輕重有關，其正負離子數量與這塊結半導體的長寬高有關。注意體會：這里的動態平衡二字的含義。第九講PN結單向導電性上回書說到，PN結內建電場的方向是從N端指向P端，動態平衡時大概0.65V左右，由于這個電場的存在會制止載流子的擴散運動而加強漂移運動，并且最后達成動態平衡狀態。構想一下：當我們設法削弱該電場時，則載流子的擴散運動將能維持下去，并形成擴散電流。反之：當我們設法增強該電場時，則載流子的漂移運動將能維持下去，并形成漂移電流。削弱該電場的辦法是在PN結外部加上一種與內建電場相反的電壓回路；增加該電場的辦法是在PN結外部加上一種與內建電場相似的電壓回路；圖示闡明：1：正向導電先研究下外接一種與內建電場相反的電壓，削弱了內建電場，加強了擴散運動，當外接電壓較低，抵消量小，PN結寬度減小不多，即使擴散運動不不大于漂移運動，但是擴散電流還很小。但是，畢竟產生了電流。和原來未加外接電壓相比，即使有內建電場，但達成動態平衡時是不產生電流的。隨著外加電壓的逐步增加，大大加強了擴散運動，PN結寬度越來越窄，擴散電流逐步加大。我們把連接的這個外加電壓正端接P型半導體，負端接N型半導體的狀況稱為PN結的正向電壓（即使與內建電場反向）。其外加正向電壓與PN結的擴散電流（里面有一部分是相反的漂移電流）作為一種坐標的橫軸和縱軸，采用描點法得到的曲線稱為PN結的正向特性曲線，也叫PN結的伏安特性曲線。見下圖。在沒加外部電壓時（如圖，即0V），電流也為0；在外接電壓很小時（如圖，設為0.1V），產生的微小的電流，如10PA（皮安培，10PA=0.01mA）；在外接電壓較小時（如圖，設為0.3V），產生的較小的電流，如100PA（100PA=0.1mA）；在外接電壓較大時（如圖，設為0.5V），產生的較大的電流，如2.5mA；在外接電壓達成內建電壓時（如圖，設為0.65V），產生的更大的電流，如10mA-----正向導電；一旦外接電壓超出內建電壓，產生的電流將快速加大，容易造成PN結因過電流從而過功耗而損壞。==================================================================================================2：反向截止外接一種與內建電場相似的電壓，即P端接負N端接正，這叫反向連接，這時增加了內建電場，PN結寬度增大，制止了擴散運動，加強了漂移運動。當外接電壓較低，增加量小，PN結寬度增大不多，但漂移運動不不大于擴散運動，漂移電流占主導地位，同樣的，和沒加外電壓相比，畢竟產生了電流，即使很小。隨著外加電壓的逐步增加，大大加強了漂移運動，PN結寬度越來越寬，漂移電流逐步加大。當外接電壓加大到一定程度時，漂移電流不再增加，維持在一種穩定的電流值上。這是為什么呢？由于漂移電流是由少數載流子的定向移動形成的，少數載流子又是哪里來的呢？前文說到，少數載流子是由因熱和光的激發而產生的電子空穴對中的其中之一，忽視光的影響，少數載流子的數量完全由現在溫度的高低決定，外加反向電壓達成一定程度，全部少數載流子都參加了形成這個漂移電流，少數載流子的數量只要不增加，其電流就是定值不變。我們把連接的這個外加電壓正端接N型半導體，負端接P型半導體的狀況稱為PN結的反向向電壓（即使與內建電場同向）。其外加反向電壓與PN結的漂移電流作為一種坐標的橫軸和縱軸，采用描點法得到的曲線稱為PN結的反向特性曲線，也叫PN結的反向伏安特性曲線。見下圖。在沒加外部電壓時（如圖，即0V），電流也為0；在外接電壓很小時（如圖，設0.1V），產生的微小的電流，如1PA；在外接電壓較小時（如圖，設為1V），產生的較小的電流，如100PA；在外接電壓較大時（如圖，設2V），產生的電流卻沒有變大多少，如101PA------反向截止；在外接電壓達成內建電壓時（如圖，設為10V），產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值（與具體的單個產品有關，如100V），產生的電流將快速加大，這叫做PN結的擊穿。如果不采用方法，容易造成PN結擊穿后因過電流從而過功耗而損壞。正向導電反向截止叫做單向導電性，即PN結只有一種方向是導電的！第十講PN結的參數及使用要點在PN結生產線上測試時，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。經測試性能滿足規定的才連接引線和封裝。當把PN結兩個節點引出兩根引線，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。實質上，他內部重要就是一種PN結。標記及符號圖左邊三角形是PN結的陽極，也叫正極；右邊豎線是PN結的陰極，也叫負極。二極管重要參數：1.正向整流電流IF這個電流就是前面描述的擴散電流，這個參數指二極管能夠長久正常穩定工作時允許流過的最大電流。有時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，產生的熱量還沒有促使其溫度（PN結的結溫）超出極限溫度，接著外電路上的電壓就撤銷，PN結上電流就休止了（處在降溫狀態），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狀態。2.反向擊穿電壓U（BR）D指二極管負極接正正極接負時能夠承受的最大電壓，二極管仍處在截止狀態的極限電壓，超出這個電壓，二極管就不再截止了，變為反向導通了。這種反向導通狀態叫做PN結的擊穿。PN結的反向擊穿分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種，這里不認真研究，可參閱有關書籍。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，當反向電壓減小到U（BR）D以內二極管還是能夠恢復到截止狀態的。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，也是二極管上正向導通時的電壓。超出這個電壓會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，還是因過熱引發的。這個電壓參數是溫度的函數，溫度每升高1°，其UD大概上升1.8mV~2.5mV。現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）二極管上流過的電流。這個參數也是溫度的函數，溫度每上升10°，IRD大概擴大1倍。二極管在直流電源中擔任著不可或缺的重要角色。重點提示：有關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結超出功耗造成結溫過高而燒壞的。與電源連接時，如果電源的內阻很小并直接連接，為了確保長久穩定的工作，要串聯一種電阻，以限制流過二極管的電流。按圖實驗一下：下圖中圓圈內有叉號的是燈泡。觀察的成果有何不同？第十一講三極管的構造顧名思義，三極管三個電極，與二極管相比，多一種電極，那個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，制作出一種PN結，在這個基礎上，再制造一種半導體區，形成三個半導體區，并且P區N區互相間隔，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三極管三層半導體構成的是兩個PN結，即一種三極管內部包含兩個PN結。等效構造圖以下圖所示。上面兩三極管示意圖中都包含兩個二極管，那每個圖中左邊的二極管與右邊的二極管有何區別呢？左邊和右邊的兩個二極管能否對調使用呢？這還要從內部構造說起，參見下面的構造示意圖。PN結的制造其實就是設法按規定摻入雜質，以NPN為例，先是N型襯底，在其上擴散B原子，產生一層P型半導體，再在這個P型半導體上擴散P原子，產生N型半導體，注意一點，最后這層N型半導體摻雜的P原子很重，造成前一層P型半導體被擠壓得很薄，這樣，就產生了兩個PN結。如圖所示，圖中的兩條弧線就是兩個PN結。其中，襯底的N型半導體參雜濃度最低，做集電極用，中間P型半導體摻雜濃度次之，且很薄，做基極用，最上邊N型半導體參雜濃度最高，做發射極用。集電極、基極、發射極分別用C、B、E字符來表達。因此，由于摻雜濃度的不同，①N型襯底半導體和③摻P原子產生N型半導體不能對調使用，即發射極和集電極不能對調使用。由此可見，三極管有三個半導體區，命名為1：發射區摻雜濃度高2：基區摻雜濃度次之，且薄3：集電區摻雜濃度最低，但體積最大（有些書上說面積）在三極管的三個區域上引出電極，分別命名為1：發射極E用于發射載流子2：基極B控制發射的載流子3：集電極C收集發射的載流子下一節三極管機理討論之三極管內包含兩個PN結，稱為1：發射結EB2：集電結BC第十二講三極管工作機理三極管工作時，需要外加特定的電壓，按規定，其發射結外加正向電壓即發射結的P端加+，N端加-；集電結的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射區，是N型半導體，摻雜最重，因此有諸多的自由電子，便于發射載流子；中間基區，是P型半導體，摻雜較輕，有部分空穴，且寬度較窄，使發射區發射過來的載流子很容易越過基區達成集電區；右邊是集電區，是N型半導體，摻雜最輕，但容積很大，便于收集載流子。在發射區和基區交界處是發射結（PN結）；在基區和集電區交界處是集電結（也是PN結）。圖的下部是兩組電源為VBE和VCB，暫不考慮電壓的大小，只關心電壓的方向。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的外加正向電壓分析，這里大部分與之相似的如擴散、復合、形成電流等內容從略。但是，也有不同之處，就是摻雜輕重的區別和容積大小的區別，這就是說，復合掉的數量極少，形成的基極電流IB（現在看也是發射極電流），現在請認識一種重要的概念，就是發射區在正向電壓驅使下擴散過來的多數載流子-自由電子如果不能被復合掉的話，在基區里將成為基區的少數載流子。尚有一點，不管哪個區，都有因熱激發而產生的少數載流子的存在。此時對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，由二極管一節可知，PN結外加反向電壓有助于少數載流子的漂移運動，形成極小的飽和電流。現在我們再把第一幅的這個圖復制下來看一下，綜合發射結外加正向集電結外加反向電壓的狀況。從圖上看，注意箭頭，發社區的最右邊7個自由電子（多數載流子）在VBE正向電壓驅使下，向右邊作擴散運動，同時，基區的最左邊3個空穴（多數載流子）也在在VBE正向電壓驅使下，向左邊作擴散運動，因與左邊來的7個自由電子中的3個相遇而復合（掉），左邊剛剛運動的還剩余4個自由電子將繼續向右邊擴散從而達成基區，這4個自由電子在基區就屬于少數載流子，受外加反向電壓VCB的驅使，作漂移運動，將繼續向右邊移動，直到越過集電結達成集電區形成集電極電流。這是第一批載流子運動的概貌我們分析下形成電流的因素：發射區有7個自由電子向右運動，形成發射極電流IE，其方向與自由電子（帶負電荷）運動方向相反；而基區有3個空穴在向左移動，形成基極電流，其方向與空穴（帶正電荷）方向相似；剩余4個自由電子繼續向右運動，形成集電極電流，其方向與自由電子（帶負電荷）運動方向相反。因此，IE=IC+IB且IC>IB（實際狀況是遠不不大于）以上分析都闡明什么問題呢？發射區發射出大量的多數載流子形成發射極電流IE，被基區多數載流子復合掉一小部分形成基極電流IB，剩余的一大部分達成基區形成基區大量的少數載流子，又被集電區所收集形成集電極電流IC。由此，我們再進一步總結一下：發射極電流IE最大，集電極電流IC次之，僅比發射極電流小一種基極電流IB，基極電流IB最小，相對于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。控制能力就是電流放大倍數，用β表達。即β=IC/IB普通三極管的β在20~500的范疇內。配合IE=IC+IB，我們稱為三極管的電流分派關系，即三極管的電流分派關系是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型的對應符號圖是：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參數的根據，過去，三極管在出廠時都有一種特性曲線與之對應，從其特性曲線上能夠大致看出其各項參數指標。當代，這項工作都被省略了。下圖一種隨機的三極管特性曲線，我們按照該隨機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，事實上應當是密密麻麻的，只是選擇了這14個做典型顯示出來。下列有關組合字符除首字符外其后跟的若干字符均為下標，文中不再加下列標顯示。直流電流放大倍數β的描述直流電流放大倍數β是指特性曲線區任一點對應的IC電流和IB電流之比。如A點，IC=2.9mA，IB=30μA，則其直流電流放大倍數β=IC/IB=2.9mA/30μA=97；而B點，IC=4.5mA，IB=45μA，則其直流電流放大倍數β=IC/IB=4.5mA/45μA=100；可見。選擇不同的點，其直流電流放大倍數β也不盡相似。我們來感覺下C點和D點_C點，IC=1.5mA，IB=30μA，則其直流電流放大倍數β=IC/IB=1.5mA/30μA=50；D點，IC=0.05mA，IB=0μA，則其直流電流放大倍數β=IC/IB=0.05mA/0μA∞；可見,選擇的點的位置不同，其得到的三極管的參數也不同，如β為50，97，100，∞等。其中，D點的計算成果∞是錯誤的，接下來會有所進一步討論。這各個點如A、B、C、D，就稱為靜態工作點，用Q來表達，Q就是靜態工作點的含義。在ABCD四個Q點中，顯然，AB兩個Q點選擇的比較適宜，含有較大的直流電流放大倍數，而CD點選擇的不適宜。要想選擇對應的Q點，需要兩個條件，一是所加的電壓UCE，二是擬定基極電流IB，留待后續討論。晶體管的四個工作區域三極管直流電流放大倍數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點選得適宜，是由于其還含有較大的直流電流放大倍數，如果Q點選擇的不當，則直流電流放大倍數較小，如C點，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律可尋，如D點。這就涉及到三極管的工作區域問題，我們把下圖左邊的區域稱飽和區，把下面的一段區域稱截止區，把右上區域稱擊穿區。把圖中三條紅線圍起來的區域稱放大區。飽和區的特點：反映出的直流電流放大系數較小；UCE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、淺飽和區和臨界飽和區。臨界飽和是那條通上右上的那條紅色直線上的各點，深度飽和是UCE很小，淺飽和區介于深度飽和和臨界飽和之間的點，飽和時的UCE電壓稱飽和電壓，用UCES表達，普通<0.4V。截止區的特點：_是IB0，IC0，這時IC隨著IB的變化不呈線性變化，IC≠βIB，且即使IB=0，IC≠0，這是由于三極管內部BC結少數載流子作漂移運動產生的電流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。擊穿區的特點：當UCE很大時，其集電極電流IC不再保持恒定，而是很快的的變大。這時的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）。放大區是研究模擬電子技術應用的重要區域，介于三根紅色線條所圍起來的那個中間區域，這個區域的特點是，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，而與集電極到發射極之間的電壓UCE無關，三極管要想正常處在放大狀態必須工作在這個區域，這是我們要研究的重點。第十四講三極管基本放大電路的演變有關三極管的某些重要參數可參見有關書籍。這里給出某些三極管的參數名詞1：直流電流放大系數（或叫靜態電流放大系數，放大系數也叫放大倍數）β，注意符號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，在放大區內近似為常數，大概在20~400范疇內為合格，有些超β管子達成1000倍，