硬件学习笔记(personal)

高低边开关概念:

1、高边开关:开关连接在电源和负载之间,即开关在高电位那边。

2、底边开关:开关连接在GND和负载之间,即开关在低电位那边。

MOS管

本质上就是开关,分两种,Nmos和Pmos。

NMOS:正电压导通

PMOS:负电压导通

结论:【正负电压看G端】这个正电压和负电压,指的是GS端的电压。具体看G端电位,G高电位,GS电压就是正电压。反之G低电位,S高电位,那就是负电压。

记忆tips:通过NMOS和PMOS的名称记忆N即为Negative,负的,负电压P即为Positive,正的,正电压 。这个N和P的描述,是描述S端电压 的。也就是说,NMOS,即S端负,G端正的时候导通,结合【正负电压看G端】的结论,就是--->NMOS正电压导通

二极管

二极管由P和N型半导体构成的,电流只允许从P型半导体流向N型半导体,电子运动方向是电流的反向,即电子从N型流向P。

所以二极管具备单向导电性,下图是一个反向偏置的二极管,它处于截止状态:

可以看到,黑色实心的就是电子,黑色圆圈就是空穴,空穴带正点,电子带负电。然后电源长条那端是正极,即电子是从短的那端流向长的。如下

这个P型半导体和N型半导体中间会形成一个PN结,因为P区是空穴多,N区是电子多,所以N区多出来的电子会往P区的空穴跃迁过去,最终达到电荷平衡,中间的平衡区就是PN结。电子从电源负极喷向P型半导体,相当于给P区补充电子,这时候N区的电子就没那么多机会过去了,所以截止了。

举个抽象的例子:

就好比PN结是个男女联谊舞会,N是男方,P是女方,本来男女数量一样多的,PN一碰到一起,男电子就会往女空穴处跃迁,可是刚准备跃迁,突然外援来了(电源接入),并且不断往女方队伍里输送男电子,那么男方肯定就会减少跃迁过去的机会和欲望,所以二极管反向截止。

这种载流子扩散导致的情况,会在PN结中形成内电场,如下图

其实就是相邻的自由电子全跑去P区,把最靠近N的那片填满了,N区最靠近P区那端剩下空穴,平衡后就生成一个内电场,这个内电场会阻碍多数载流子正向交流,即截止态。

这里就有一个很重要的概念 ,为了让多数载流子正向运动,就要克服这个内电场的阻碍 ,而克服这个内电场的电压是0.7V,这就是导通压降的由来。所以要让一个二极管导通,就得至少在二极管两端施加一个大于等于0.7V的电压来克服内电场从而实现正向导通。

这里还有一个结论,正偏时,外部电场和内部电场相反,多数载流子会导通跃迁。反偏时,外部电场方向和内部电场一致,即N区是正电,P区外是负电。这时候PN结就会变厚,电子从N区被吸走空穴越来越多,内部正电场变多,少数载流子反向流动会更容易,少数载流子指的是P区的电子和N区的空穴,即P流向N的电子,这种产生的反向电流叫做漏电流。

三极管

三极管的工作状态主要有三种:截止、放大和饱和

放大很复杂很少用,可以用到的时候再去研究,这里主要介绍截止和饱和,即开关特性

三极管本质是通过控制基级B和发射极E的电压,来间接控制基级的少数载流子数量,进而来控制Ic的电流。Ic电流指的是流过集电结的电流。Ie就是经过发射结的电流。Ie控制Ic。还有一个Ib是指的被反偏电源从基级吸走的电子所产生的复合电流。这个Ib的大小收到基级厚度的影响

简单粗暴理解一下

把电流比作水流,如下图,BE的电流Ie是小水管,CE的电流Ic是大水管。

Ie的大小可以控制大水管的阀门,进而控制Ic的大小。

应用:

NPN型三极管开关电路

S1闭合,R1和Rbe两端压降5V,产生1mA的电流,Vb电压大约为0.6V,导通be,三极管完全打开,Vc电压为0,R2的压降为5V。

PNP型三极管开关电路

公式 IC=β·IB​ 的物理意义是:

由于晶体管基区制造得非常薄 ,使得发射区发射的载流子只有极小部分从基极流出(形成 IB),绝大部分都被集电极收集(形成 IC)。β 就是用来描述这种电流分配比例的一个参数,它反映了基极电流对集电极电流的控制能力。

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