模拟电子基础一--元器件介绍
一、半导体（了解）
1.1 基础知识
1.2 PN结
二、二级管
2.1 定义与特性
2.2 二极管的分类
三、三级管
四、MOS管
三、其他元器件管
3.1 电容
3.2 光耦
3.3 发声器件
3.4 继电器
3.5 瞬态电压抑制器
前言：本章为知识的简单复习，不适合运用于考试。
一、半导体（了解）
1.1 基础知识
导体
其原子结构中，最外层电子受原子核的束缚力很小，因而极易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，而在外电场的作用下，这些电子产生定向漂移运动，从而形成电流，一般为低价元素（铜、铁、铝)
绝缘体
其原子结构中，最外层电子受原子核的束缚力很强，不易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，因此导电性能极差，一般为高价元素（氦、氖、氩、氮等惰性气体）或高分子物质（塑料)
半导体
导电性能介于导体与绝缘体之间的物体,一般为四价元素，材料常用硅或锗，它们的最外层电子数，本身就是对，所以本身就是稳定状态,本征半导体将自然界中的半导体材料进行高温、高度提炼、使其纯度达到99.9999999%，且物理结构上呈单晶体形态当受到外界热、光等作用的，兴导电性能将明显变化,也就是说，当本征半导体的绝对温度为O时，它是不导电的
电子和空穴
在本征半导体中，一个自由电子对应一个空穴，或者说，自由电子与空穴总是成对出现。
由于没有多余的自由电子或者空穴，在热运动下，自由电子一旦碰上并进入一个空穴，此时自由电子与空穴同时消失，称之为复合运动在一定温度下，自由电子与空穴的产生和复合同时存在，称之为“动态平衡”。
N型半导体
在本征半导体中,掺入微量5价元素,如磷、锑、砷等,则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。由于杂质原子的最外层有5个价电子,因此它与周围4个硅(锗)原子组成共价键时,还多余1个价电子。它不受共价键的束缚,而只受自身原子核的束缚,因此,它只要得到较少的能量就能成为自由电子,并留下带正电的杂质离子,它不能参与导电，N型半导体中,自由电子称为多数载流子;空穴称为少数载流子。
P型半导体
在本征半导体中,掺入微量3价元素,如硼,则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。
1.2 PN结
单纯的杂质半导体和本征半导体相比仅仅是提高了导电性能，一般只能制作电阻器件，而无法制成半导体器件。如果采用一定的掺杂工艺，在一块本征半导体的两边分别掺入不同的杂质，则半导体的一边成为N型半导体，另一边就成为P型半导体了。由于两种杂质半导体的相互作用在其交界出形成了一个很薄（数量级）的特殊导电层，这就是PN结。PN结是构成各种半导体器件的基础。
PN结单向导电性
若将电源的正极接P区,负极接N区,则称此为正向接法或正向偏置。此时外加电压在阻挡层内形成的电场与自建场方向相反,削弱了自建场,使阻挡层变窄,如图所示。显然,扩散作用大于漂移作用,在电源作用下,多数载流子向对方区域扩散形成正向电流其方向由电源正极通过P区、N区到达电源负极。
若将电源的正极接N区，负极接P区，则称此为反向接法或反向偏置。此时外加电压在阻挡层内形成的电场与自建场方向相同,增强了自建场,使阻挡层变宽,如图此时漂移作用大于扩散作用,少数载流子在电场作用下作漂移运动,由于其电流方向与正向电压时相反，故称为反向电流。由于反向电流是由少数载流子所形成的,故反向电流很小，而且当外加反向电压超过零点几伏时,少数载流子基本全被电场拉过去形成漂移电流，此时反向电压再增加,载流子数也不会增加,因此反向电流也不会增加,故称为反向饱和电流
PN结特性曲线
PN结加正向电压,处于导通状态;加反向电压,处于截止状态,即PN结具有单向导电特性。
PN结处于反向偏置时,在一定电压范围内,流过PN结的电
流是很小的反向饱和电流。但是当反向电压超过某一数值(UB)后,反向电流急剧增加,这种现象称为反向击穿,如图所示。UB称为击穿电压。
PN结的击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿。
雪崩击穿
当反向电压足够高时,阻挡层内电场很强,少数载流子在结区内受强烈电场的加速作用,获得很大的能量,在运动中与其它原子发生碰撞时,有可能将价电子“打”出共价键,形成新的电子、空穴对。这些新的载流子与原先的载流子一道,在强电场作用下碰撞其它原子打出更多的电子、空穴对,如此链锁反应,使反向电流迅速增大。这种击穿称为雪崩击穿。
齐纳击穿
所谓“齐纳”击穿，是指当PN结两边掺入高浓度的杂质时,其阻挡层宽度很小,即使外加反向电压不太高(一般为几伏),在PN结内就可形成很强的电场(可达2×106 V/cm),将共价键的价电子直接拉出来,产生电子-空穴对,使反向电流急剧增加,出现击穿现象。·
二、二级管
2.1 定义与特性
定义:
二极管就是半导体材料被封装之后，在PN结两端加上两个正负极引线制作而成。
符号与实物:
特性:
单向导电性，伏安特性
电路中二极管导通之后，所分电压值为0.7V。
发光二极管导通之后为分压值1 ~ 2v，电流范围为5 ~ 20mA
multisim仿真：
2.2 二极管的分类
①稳压二极管
能够稳定一定电压的二极管，其工作在反向击穿状态，反向电压应大于稳压电压
multisim仿真：
②整流二极管
用于把交流电变成脉动直流电
multisim仿真：
③开关二极管
功能:
它是电路上为进行“开”、“关”作用而特殊设计的二极管。它由导通变为截止或由截止变为导通所需的时间比一般二极管短
应用:
在电路中主要防止反向电流烧坏一些精密器件起保护作用。
例如：
当电路遭遇反向电流时，电流可以通过右边的开关二级管形成回路，从而保护左边的电路。
三、三级管
定义:
由半导体组成具有三个电极的晶体管
特性：
输入电流控制输出电流
工作状态：
放大状态 – 发射结正偏，集电结反偏（UB>UE,UC>UB)
饱和状态 – 发射结和集电结均为正偏。
截止状态 – 发射结反偏或两端电压为零。
主要公式：
Ie = Ic + Ib = (1+β)Ib
Ic = βIb
截至状态：集电极和发射极之间相当于开路
放大状态：上面的公式
饱和状态：Ib与Ic都很大，没有倍数关系，UCE很小，相当于导线，工程上我们认为硅饱和导通的UCE的压降为0.3V，锗管为0.1V
multisim仿真：
四、MOS管
MOS管相当于另一种三极管，只有一种载流子(多子)参与导电，被称为单极型三极管，又因为这种管子是利用电场效应来控制电流的半导体器件（被看成是电压控制器件)，因此也称为场效应管（简称FET)。
场效应管可以分为结型场效应管（简称JFET）和绝缘栅场效应管（简称IGFET)两类。
特点：
它是一种电压控电流的器件。它有三个电极栅极(G）,漏极（D），源级（S)，符号如下：
N沟道场效应管
P沟道场效应管
电压电流关系
工作区
1)可变电阻区
(特点:当UDS比较小时，ID,随UGS的变化而变化)
2）恒流区
(特点: ID不随UDS变化，只随UGS增大而增大)
3）截止区
(特点:UGS小于1.5V，ID=0，场效应管不导通)
4）击穿区
(特点:当UDS增大到一定值时，场效应管被击穿，ID突然增大，如无限流措施,管子将烧坏，在场效应管使用中一定要注意，防止管子击穿)
5）过损耗区
特点:如果长时间工作在此区域，没有很好的散热措施，很可能由于功率较大，造成管子烧坏。所以在使用中也要注意。管子的散热和最大功率
MOS管与三极管的比较
不同类型的MOS管
multisim仿真：
三、其他元器件管
3.1 电容
定义：
它有两个电极板，和中间所夹的介质封装而成，具有特定功能的电子器件。
作用：
旁路、去耦、滤波、和储能的作用。
①旁路电容
使输入电压均匀化，减小噪声对后级的影响。
进行储能，当外界信号变化过快时，及时进行电压的补偿。
②去耦电容
去耦电容和旁路电容的作用是差不多的，都有滤除干扰信号的作用，只是旁路电容针对的是输入信号，而去耦电容针对的是输出信号。
去耦电容一般比较大10uF或更大，旁路电容一般根据谐振频率是0.1uF或0.01uF。
③滤波和储能的电容
滤除杂波，大电容滤低频，小电容滤高频
收集电荷
④实际场景下的电容
铝电容的长脚为正极，短接为负极，或者电容上标有银色的一边为负极，瓷片电容和独石电容无极性，但设备生产中也有工艺要求。
总结：
电源上的电容作用一般是滤除电源电压的波动。
小电容滤高频，大电容滤低频，并且还提供一定的电压储备，以备后续电路的需要对于一些千扰性强的环境，电容的加入可以减少很多电路控制上不必要的麻烦，在使用电容时，还要注意耐压值和反接问题。
电容使用的取值大小可以参考别人的一些电路,很多都是工程上的一些经验
3.2 光耦
定义：
光耦实现了是一种“电-光-电”的转换。
实物与符号：
multisim仿真：
3.3 发声器件
定义：
作为电子讯响器，运用其发声特性，作为提示或播放等功能。
实物图：
图1为喇叭，无极性器件（没有正负之分），无源蜂鸣器（内部没有振荡源)，所以直流不能驱动，需要2KHZ~5KHZ的方波才能使其发出声响
图2为蜂鸣器，有极性（长脚为正，短接为负），有源蜂鸣器（内部含有震荡源），当给予1.5V~15V的电压后，就会发出声响。
3.4 继电器
定义：
它是一种“自动开关”，通过低电压、小电流去控制高电压、大电流。
继电器术语:
常开触点与常闭触点
实物图：
观察的数值：
驱动电压
可以承受的控制信号量值
multisim仿真：
3.5 瞬态电压抑制器
定义：
它是一种二极管形式的高效能的保护器件，防止瞬态高能量时冲击时，保护精密器件免受各种浪涌脉冲的损坏。
作用：
加在信号和电源线上，能防止微处理器，人体静电、交流浪涌或噪声，导致处理器的失灵。
能释放超过10000V，60A以上的脉冲，并能持续10ms，而一般的TTL器件，遇到30ms的10V脉冲时，便会导致损坏，所以利用TVS是既可以防止器件损坏，也可以防止总线之间开关引起的干扰。
将TVS放置在信号线和地之间，能避免数据及控制总线受到不必要噪声的影响。
典型电路：
实物：
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