計算機電路基礎半導體器件的開關特性

2021-06-18 03:40:55 字數 3056 閱讀 6453

1· 猜想,半導體是介於導體和絕緣體之間的電介質,開關是否像燈泡開關一樣,半導體作為開關是如何控制的,又是為什麼可以作為開關。

2· 首先需要解決半導體和二極體、三極體和

mos管的關係。

書上說半導體材料是「矽」「鍺」它們都是第4

主族元素,外層有

4個電子,鍺是金屬元素,知道第

4主族的元素容易形成晶體結合成

8個電子的穩定結構,而為什麼會使電子運動形成半導體呢?書上說在零下

273攝氏度的情況下,晶體結構是穩定的,而常溫下容易形成不穩定的價電子,也就是說,共價的電子容易發生移動,這麼說,如果電子容易移動,這就不會形成穩定的晶體了。查資料看共

4個電子的晶體碳、矽和鍺形成了什麼?書上說在常溫下,在電場力的作用下,純淨的晶體半導體(稱為本徵半導體)容易把共價的電子形成自由電子,這就是這些半導體形成的原因,那麼說他們共同的

8個電子,只有幾個可以形成自由電子,才形成半導體的吧。自由電子移動後形成的空位叫做空穴,在電場的作用下,電子不斷的失去和填補空穴而形成電荷的移動,從而形成了半導體。

根據以上分析,純淨的半導體導電性能是比較差的,為了提高導電性能而加入雜質(那麼我想,想要提高導電性能為什麼不直接使用金屬導體呢 ,猜想是要把導電性控制到金屬和本徵半導體之間),那麼摻入什麼雜質合適呢?書上說的是加入外層3

個電子的硼和外層

5個電子的磷,之後會有什麼效果呢?猜想如果加入硼會少乙個電子,不容易形成穩定的結構,那麼會有電子來補充形成半導體,如果加入磷,會多乙個電子,電子的移動形成半導體。

書上說,由於加入磷後形成乙個自由電子的移動,電子帶負電(negative electricity

)所以叫

n型半導體,由於加入硼後少乙個電子,空穴帶正電(

positive electricity

),所以稱為

p型半導體。那麼二極體和三極體還有

mos管是如何形成的呢?

3· 製成了兩種含雜質的半導體有什麼用,可以作為開關使用嗎?只能限制電流的流通,不能作為開關啊,除非是電流小斷開,電流大關閉,可是半導體不能調節電流,那麼半導體開關指的是什麼呢?書上說的是把

p型半導體和

n型放在一起使用,那麼,多乙個電子的

n型半導體的電子會向

p型少乙個電子的半導體運動,那麼就會形成由n到

p的電子運動,利用這一點,書上說

pn形成的半導體具有單向導電性,猜想,如果外加電壓也是讓電子由

n型跑到

p型,則會導通,也就是說

n型一端加負電壓,

p型一端加正向電壓,半導體內外電壓方向一致就會導通,反之,如果

p型加負電壓,

n型加正電壓,會導致半導體內外電壓相反,則會不導通,難道是用這個方式來形成開關的嗎?如果是利用這個來做開關,對於直流電來說,要麼導通要麼不導通,對於交流電來說,方向不停地變,不會作為開關,那麼作為開關的半導體是什麼呢?

4· 由

pn型半導體構成的叫做二極體,分析

pn型二極體的伏安特性:(

1)外電場和內電場一致:當外電場非常小的時候,電流很小,外電場幾乎不發生作用,當外電場較大的時候電流立即增大,呈現指數規律增大,為了保護二極體,所加的外電壓通常為乙個固定的值,矽為

0.7v

,鍺為0.2v,(2

)外電場和內電場反向的時候,如果外電場較小於內電場,會處於不導通狀態,如果外電場很大,會擊穿內電場造成二極體的損壞。 可見,無論是正向還是反向的外電場,在外電場較大的時候都會造成二極體的損壞,所以,使用二極體的時候,兩端要加上固定大小的正向電壓。(猜想:二極體利用加上固定的小電壓來導通,利用反向小電壓來不導通,是利用這個特性來作為開關的嗎?)

5· 二極體是由

pn型半導體形成,那麼三極體是由什麼組成的呢?書上說用兩個

pn型半導體組合在一起就形成了三極體。猜想會有兩種三極體,兩個

n型半導體,中間

p型半導體,還有兩個

p型半導體,中間

n型半導體。對兩種型別的三極體分別進行分析:對於

pnp型的三極體,

p型半導體少乙個電子,

n型半導體多乙個電子,如果用

pnp型三極體,則中間的電子會往兩邊

p型的移動,那麼就形成了兩個反方向的內電場,此時如果加乙個方向的外電場,則會有乙個方向相同,有乙個方向相反,也就是說乙個是電流呈現指數變大,另乙個呈現不導通狀態,經過分析可以知道,如果把

pnp型半導體或者

npn型半導體的兩端接在電源兩端,則會有一端不導通,另一端電流放大,由於為導通,最終的結果是電路無導通,可見三極體不能直接將電源接在兩側,那麼電源的兩端應該接在**?如果利用

pn型的特性來接,顯然是行不通的,那麼該如何接三極體的三個半導體和電源的兩極?

6· 看書上的接線我覺得很神奇,因為按照我的分析來說,乙個電路迴路是按二極體的正常接法,另乙個是不導通的接法,現在看書上的分析。

結論是:i(3)=i(1)+i(2);

當管子製成以後,i(

2)和i(

1)的比例是確定的,稱為電流的放大係數;

i(3)=i(1)+i(2)

在這裡,有反向電壓,為什麼沒有發揮二極體的不導通作用,書上是這樣說的(集電結加反向電壓且截面積較大),即使這樣解釋,三極體只有電流的放大作用,怎麼可以作為開關的作用呢?

5 ·那什麼是

mos管呢?書上說

mos管類似於三極體,比三極體的效能要高出很多,好吧。。。

6 ·通過上面的分析可以知道,二極體有單向導電性,可以根據電流方向來作為導通或者不導通的電路開關,而三極體只有電流放大作用,如何作為開關使用呢?

書上這樣說的,當v1

非常小的時候,i(

1)約為0,

i(2)是

i(1)的倍數,因此i(

2)也是約為

0,此時相當於三極體斷開,當

v1增大使i(

1)不為

0的時候,i(

2)也開始有放大電流,此時相當於三極體的閉合。那麼根據這說法,二極體利用了單向導電性來體現開關的特性,三極體使用左邊的控制電壓來體現三極體的開關特性。

7 ·總結:二極體和三極體都屬於含兩種雜質的半導體器件,

mos管是效能較高的三極體,二極體利用單向導電性來作為開關,三極體利用一端電路電壓來控制另一端的開關特性。

記憶體都是由半導體器件構成的 計算機硬體的組成有哪些

1 微處理器 微型計算機和微型計算機系統的概念 1 微處理器微型 計算機的核心部分是指由一片或幾片大規模積體電路組成的,具有運算器和控制器功能的 處理器 cpu 2 微型計算機 以微處理器為核心,配上由大規模積體電路製成的儲存器 輸入輸出介面電路及系統匯流排所組成的計算機,簡稱微型計算機。3 微型計...

數位電路基礎知識 計算機基礎知識(二)

一 基礎知識 大概了解即可 1 基本元件 計算機的五大部分中的控制器 運算器 內部儲存器都是由是晶體三極體 晶體二極體等經過有機組合而成的。那麼二極體三極體是怎麼回事呢?製作二極體 三極體的材料是半導體,常用的有矽和鍺,在純正的半導體材料上,摻入雜質,根據摻入不同的雜質可形成n型半導體 p型半導體。...

學完數字電子電路基礎後對計算機的理解

第一章 數制與碼制 介紹了幾種常見的數制,二進位制 八進位制 十六進製制,這些進製中的二進位制和十六進製制在計算機應用多。ascii 碼是一組七位的二進位制 共 128個,代表著數字 大小字母 32個符號和 34個控制碼,每個控制碼都有其特定的含義。ascii 碼用於資料的儲存,字元編碼等。十六進製...