打印

[电路/定理] 晶体管工作原理!

[复制链接]
1135|30
跳转到指定楼层
楼主
本帖最后由 xukun977 于 2019-7-29 20:26 编辑


学习晶体管电路原理,大略有两种方法或套路:
一种是给定某个晶体管模型,然后讲解这个模型的无数种应用!教科书上就是这种套路,给定一个混合pi模型,然后应用于一本书。
另一种方法是紧密围绕晶体管的模型,由简到繁,逐步讲解晶体管的模型与应用。

本帖主要介绍晶体管的各种模型,以及各个模型的应用。


我们注意到度的把握,作为电工,不可能精通抽象的量子力学,也没有必要学习它,所以直接引用相关结论,不会涉及到量子力学。

学习晶体管原理,主要途径就是阅读晶体管发明人巴丁和肖克莱等人的论文,本贴相关地方直接贴出论文和重要结论,读者自行阅读。
其中以这本经典著作为主:









评论

Nivans 2019-7-30 13:08 回复TA
本人英语太水,很难深入了解。 
沙发
 楼主 | 2019-7-29 20:42 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2019-7-29 20:50 编辑

1.1 概述



巴丁等人于1948年发明了点接触晶体管,这个事件开启了固态电子学时代。

通过对这种器件的研究,在弄懂了晶体管的工作原理基础上,肖克莱等人于一年后发明了结型晶体管。


晶体管有个重要的特征,就是电传导以两种截然不同的方式进行,即电子传导和正空穴传导!

【初学者特别要注意,绝对不能把空穴当作电子的反向运动!!!!!!!!!!!】

这样的两种类型电流载流子,一方面相对于真空管来说具有优势,另一方面让问题特别复杂,这让电子工程师极度恼火,他们很多人喜欢更理想的运放,而讨厌晶体管。
因为理解晶体管工作原理,必须懂得半导体物理,这涉及到现代半导体两个重要的分支:量子力学和统计力学。这太难了。

从晶体管结构和应用的角度看,我们无需学习这两门学科,学习固体的能带论被证明是非常有用的。







评论

djxf 2019-7-30 10:34 回复TA
一入硬件虐成狗,酸爽滋味人人有。。。 
板凳
 楼主 | 2019-7-30 10:35 | 只看该作者


学习要专要精。
典型范例就是论坛上有些人,非要刻意打造知识渊博、无所不通的形象,10几年后效果如何呢?
苦心经营的形象没建立起来,被证明是梦一场,可悲!





根据学习或职业需要,找些专著慢慢啃,不要老是想好事,到处找捷径,找武侠小说中的北冥神功、九阳神功,炼会就天下第一。



地板
| 2019-7-30 10:50 | 只看该作者
本帖最后由 HWM 于 2019-7-30 10:58 编辑

评论《晶体管工作原理!》

http://bbs.ccstmy.com/icview-2839150-1-1.html
5
 楼主 | 2019-7-30 11:33 | 只看该作者


本人特别讨厌某种说法方式,张口闭口都是【本质】。
看问题那眼光,如同gamma射线一样能穿透几百米深防空洞一样,直指“本质”。












6
 楼主 | 2019-7-30 11:34 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2019-7-30 11:53 编辑

看看肖克莱的原文,看看所谓的空穴是怎么来的:








能带论的解释:








假设电场方向由左向右,导带底部电子是正质量、负电荷,所以向左运动;
价带顶部电子是负质量、负电荷,所以要向右运动。
然后使用数学中加一项、再减一项,不会改变结果的技巧----
【在价带中再放入两个粒子,其中一个和原来的粒子相同,也是-m、-q,速度为Vv,从左向右;另一个粒子是+m,+q,速度也是Vv.
这两个粒子净质量为0,净电荷为0.】
【此时改变的是价带,因为全满的价带,在电场中不会贡献净电流!此时价带中的净电流只能是那个+q,+m的假想粒子提供的,起个名字叫空穴】








7
 楼主 | 2019-7-30 12:05 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2019-7-30 12:16 编辑

有人问我你学习IC设计,老是看些分立件设计的书干吗?不相关啊?


IC设计技术,是从分立件设计技术过渡而来,只是实现方式不同罢了。

例如,分立件设计有电感并联峰值技术,提高带宽:




IC设计中也可以用这个技术,只不过不好照搬使用单独的L和R了。
拉扎维在教材上已经推导了,跟随器的输出阻抗具有电感的性质,所以我们用个MOS管代替上图中的L和R,就是IC设计中的电感并联峰值技术。






移花接木技术:





小鬼子的《晶体管电路设计》,书上有个跟随器电路,它说加大输入阻抗,是为了防止振荡。。。。一句话代过,观众一头雾水。


原理和上面所说类似,如果基极等效电阻小了,得到的是负电感,那就完蛋了,所以只能加大。




评论

djxf 2019-7-30 15:08 回复TA
如果把此处的电感与RF电路中的RF choke做类比,理解起来就容易多了。 
8
 楼主 | 2019-7-30 12:26 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2019-7-30 12:27 编辑

有人一张口就是书名,太吓人了,也不知自己有没有仔细研究过????







肖克莱他老人家,理论功底不如你????
人家就是直接引用相关结论的。






现在是知识交叉时代,啥玩意都学,莫非你能活500岁?

不管是象棋冠军,还是诺贝尔奖,很多获奖人士都是20来岁。象棋冠军基本就是10来岁的小孩。
照你这样玩法,把所有棋谱都背诵一遍,或者是几十门学科都学一遍,黄花菜都凉了吧???



所以,不懂不要乱说,误人子弟。


9
 楼主 | 2019-7-30 12:36 | 只看该作者


学习的要旨在于活学活用。
例如小王,人家也不用背诵棋谱,活学活用各种杀法就行了,攻无不克,战无不胜




喜欢象棋的朋友就知道,目前象甲联赛战绩是令人发指的9胜1平!



否则,你记忆再多的知识,也是死水一潭。
















评论

lihui567 2019-7-31 09:45 回复TA
看到这棋盘,好像杀一盘 
10
 楼主 | 2019-7-30 12:48 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2019-7-30 13:03 编辑

本人以前花不少时间看半导体物理,以及一点点量子物理基础,关于负质量的给出如下解释:


孩子没娘,说来话长,关于质量还要从波说起。


一小群波在施加电场的加速的作用下运动,场加速电子要做功,群速度为:





对上式进行变形,有:




对群速求导,有:






上面就求出有效质量m*的表达式。




请注意:上面仅仅是牛二定律类比而已,两者是不同的含义,牛二是惯性效应,这里是晶格和波之间的相互作用。




11
 楼主 | 2019-7-30 13:13 | 只看该作者


这里说的 质量,是类比而来的术语,它和常规的质量含义,起码有三点不同:

1负质量
2非恒定质量
3张量质量



1,负质量
由于m*是用来表示E-k曲线的曲率的,而非惯性,所以出现负质量是完全可以理解的事情。

正是由于负的质量,才有了所谓的空穴概念。我上面很长一段的文字描述,如果用数学语言来表达,有:

对于满带,是没有导电率的,所以电流为零,进而要求所有电子的群速度之和为零!即:











12
 楼主 | 2019-7-30 14:31 | 只看该作者



说到现在,很多人可能还是领会不了空穴概念的重要意义。


你可以反向考虑一下:如果空穴只是电子的反向运动,那还要空穴概念干什么???只要个我们熟悉的电子就行了。
肖克莱也不至于说,没有空穴,就没有他这本书了。






电子和空穴是独立存在的--尽管两者之间有一定数量上联系,这个可以用实验证实的。







13
 楼主 | 2019-7-30 14:46 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2019-7-30 14:52 编辑


如果是这样的肤浅理解:







那你惨了,你用电子根本无法解释霍尔电压为何为正(用空穴概念可以得到正确答案)【样品为P型材料】







原因见6楼,这个奇怪的电子是负质量!!!!!!!!!!








14
 楼主 | 2019-7-30 15:03 | 只看该作者

没有空穴这个天才概念的提出,就没有半导体繁荣发达的今天;
没有RLCG等效模型的提出,传输线或许如今还停留在实验室阶段。


对这些天才概念(实际上都是几十年研究成果的结晶,晶体管牵扯到物理学、化学、冶金学等多个学科),最好多加赏析领会这些概念的来之不易,而不是直接背诵教科书上的结论。



15
| 2019-7-30 15:05 | 只看该作者
看了这么多,俺承认确实稀里糊涂。
不过,回到“空穴能否看成是电子的反向运动?”这个问题,俺觉得还是可以。假设是N半导体,空穴的移动可以等效于电子的反向运动,只不过此处的“电子”非"多子"而已。
Mark一下,俺回头去找点资料看看。
16
 楼主 | 2019-7-30 15:19 | 只看该作者
本帖最后由 xukun977 于 2019-7-30 15:24 编辑
djxf 发表于 2019-7-30 15:05
看了这么多,俺承认确实稀里糊涂。
不过,回到“空穴能否看成是电子的反向运动?”这个问题,俺觉得还是可 ...

此电子非彼电子,价带的电子,质量是负的(见6楼的图2)。。。
17
| 2019-7-30 16:04 | 只看该作者
xukun977 发表于 2019-7-30 15:03
没有空穴这个天才概念的提出,就没有半导体繁荣发达的今天;
没有RLCG等效模型的提出,传输线或许如今还停 ...

或许这些概念我这辈子也用不上了。
18
| 2019-7-30 17:23 | 只看该作者
xukun977 发表于 2019-7-30 12:05
有人问我你学习IC设计,老是看些分立件设计的书干吗?不相关啊?
基极等效电阻小了,得到的是负电感


能画个图解释一下吗?
19
| 2019-7-30 18:04 | 只看该作者
老徐好像许久未露面了啊,关禁闭了?
20
| 2019-7-31 17:48 | 只看该作者
xukun977 发表于 2019-7-30 12:26
有人一张口就是书名,太吓人了,也不知自己有没有仔细研究过????

     人家什么东西都要收敛到电磁场,这样显得比较牛B
扫描二维码,随时随地手机跟帖
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

我要发帖 投诉建议 创建版块 申请版主

快速回复

您需要登录后才可以回帖
登录 | 注册
高级模式

论坛热帖

关闭

热门推荐上一条 /6 下一条

在线客服 快速回复 返回顶部 返回列表
浙江体彩6+1开奖 pk10网投代理 江西11选5 山西福彩网 浙江体彩6+1开奖 上海天天彩选4 浙江快乐12走势 上海天天彩选4走势图 山西福彩网 浙江体彩6+1玩法