半导体
本帖最后由 能量海 于 2017-8-11 07:20 编辑
第十二章：基础电子学
半导体
本节讨论分立式半导体。后面一节论述“集成电路”，这是大规模半导体器件。
ORP12光敏电阻。这种元件在黑暗中有着高电阻，而在明亮的光线中则是低电阻的。可以把它置于电路中以创建一个开关，它随光线的照度的增加或减少而启动运行：
在此版本中，点“A”处电压控制电路。 黑暗中，ORP12的电阻是R1的12,000欧姆的十倍。 因此，点“A”的电压会很高。随着光照度的增加，ORP12的电阻值下降，把点“A”的电压向下拉。由于可变电阻“VR1”从点“A”连接到地轨(电池的－ve)，可以移动其滑块来选择0伏和“A”的电压之间的任意电压。 滑块点可以选择使晶体管在白天关掉而在晚上打开。要使电路在光照度增加时触发，只要交换R1和ORP12的位置即可。
虽然大多数晶体管在这种电路中都能运行，但所示的晶体管是BC109。BC109是一种便宜的、硅、NPN结晶体管。它可以处理100毫安和30伏，并可以每秒开关超过100万次。它有三个接线：集电极，图中标为“c”，基极，图中标为“b”，以及发射极，图中标为“e”。
如前面提到的，当没有电流流入基极时，集电极和发射极之间有一个非常高的电阻。如果一个小电流输送给基极，集电极/发射极电阻降低到一个非常低的值。集电极电流除以基极电流被称为晶体管的“增益”，通常被叫做“hfe”(三极管H参数，即，共发射极低频小信号输出交流短路电流放大系数)。像BC109或BC108这样的晶体管具有约200的增益，虽然它会因实际的晶体管不同而有变化。200的增益意味着200毫安的电流通过集电极需要1毫安的电流通过基极来维持它。各种半导体的关于规格参数和连接的特定信息可以从很棒的网站免费获取：www.alldatasheet.co.kr。这些是pdf格式的资料文档。
上面显示的BC109晶体管是NPN型的。这是通过符号的箭头向外指来表示的。您还可以通过集电极指向正轨来分辨。构造与PNP器件类似结构的有硅晶体管。这些晶体管的符号的箭头是向内指的，而其集电极直接、或间接地连接负轨。这个系列的晶体管是最早的晶体管设计，被称为“双极”晶体管。
这些硅晶体管结构如此有效，以致于它们可以直接连接在一起，大大提高增益。这种装置被称为“达林顿对”（“复合晶体管对”）。如果每个晶体管的增益为200，那么这种对获得的增益为200×200=40000。这有一个效应可以用一个非常小的电流来给负载供电。下图显示了一个用于水位检测器的达林顿对。如果你在船上睡着了，这种水上启动的闹钟会非常有用的。
这里，(当电路接通)，晶体管TR的漏电流如此之小，使得TR2极需基极电流且难以关闭，穿过其集电极/发射极结给它一个高电阻。这使蜂鸣器的电压不足并使它保持关机状态。传感器是只是把两根探针固定在可接受的水平面的上方就位。如果水位上升，探针通过水连接。纯净水电阻高，但这个电路仍将使用纯净水。
更大的可能是在实际情况下，水不会特别干净。加上电阻器R1以限制TR1的基极电流有可能使传感器探针短路。完全打开时，硅双极晶体管有一个约0.7伏的基极/发射极电压。TR1的基极与TR2的发射极之间，达林顿对将有大约1.4伏，所以，如果传感器探针被短路在一起，电阻器R1将有6 － 1.4 = 4.6伏穿过它。欧姆定律告诉我们通过它的电流为R=V/A或 47000=4.6/A或A=4.6/47000安培。这计算出0.098毫安，它以40000的晶体管增益会允许上达3.9A通过蜂鸣器。因为蜂鸣器需要仅为30毫安左右，它限制经过的电流通过它，而TR2可以被认为是难以用整个电池电压切换导通通过它。
NPN晶体管的比PNP型更为常见，但它们之间几乎没有实用上的差别。下面是前面的电路用了PNP晶体管：
区别不大。这里所示的大部分电路图用NPN型，但不仅仅这些不重要的，而且还有几种方法去设计任何特定的电路。 一般情况下，所有电路中所示的半导体罕有是关键的。 如果你能支配任何所示半导体的特性，任何合理地类似装置一般都可以被替代，尤其是如果你对电路的工作原理有一个大致的了解。前面的两个电路都可作为雨量探测器运行。 适当的传感器可以轻易地用交替连接在一起形成隔行网格的条形板件制成：
这里，如果一滴雨滴在任意两个相邻的条形带之间桥接，电路将触发并响起警报。
上面的电路里的晶体管以其连接地轨（任何电路中所示的靠下的电池线被认为是“地线”，除非在别处特别说明）的发射极（多个）连接。这种连接方法被称为“共发射极”。下面的电路采用 “射极输出器”模式的晶体管连接。这是发射极留给跟随基极电压的地方——它总是低于它0.7伏——除非基极本身被低于0.7伏驱动：
这与前面所示的光控电路几乎一样。在这个变型里，晶体管的接线是要使它们起着一个“射极输出放大器”的作用，跟随点“A”的电压，随着光照度的下降而上升，同时ORP12的电阻增加。这导致通过继电器的电压增加，直到继电器动作并闭合其触点。继电器是电压运行的机械开关，这将在稍后更详细地描述。
上面的电路的缺点是，当光照度降低，通过继电器的电流增加，而且可能有一个相当长时间的巨大量的电流。如果其用意是用电池给装置供电，那么电池寿命将远远短于它之所需。我们想要的是从关闭状态到导通状态迅速切换的一种电路，即使触发的输入变化仅仅是缓慢的。有几种方法来实现这一点，其中之一是把电路修改变成“施密特触发器”：
这里，附加的晶体管（“TR2”）已经明显改变了电路的运行，使晶体管TR3开关迅速地充分开启和完全关闭。这导致通过继电器的电流非常低，直至电路触发。
电路运行如下。当在TR1的基极上的电压足够高时，TR1导通，使它的集电极和发射极之间的电阻如此之低，以至于我们可以把它当作一个短路（这是一个几近于零电阻的连接）。这实际上串联10K和1K8电阻跨接电池。在其连接点（TR1的集电极和发射极）上的电压于是将约1.8伏。两个18K电阻串联跨接那个电压，这样联结点上的电压将为它的一半；0.9伏。
这使得TR2的基极约0.9伏而其发射极为1.8伏。TR2的基极故此不高于其发射极0.7伏以上，所以TR2里没有基极/发射极电流流动，意味着TR2很难关闭。这意味着TR2的集电极/发射极电阻将非常高。TR3的基极上的电压由1K8电阻、TR2的集电极/发射极电阻（很高）和3K9电阻控制。这驱使TR3的基极电压上升到接近满电池电压，而且由于它是作为射极输出放大器布线的，其发射极电压将约为0.7伏——在那之下。这意味着继电器将使大部分的电池电压穿过它，因此将难以打开。
一些实用的要点：流入TR3的基极的电流来自3K9电阻。3K9电阻需要3.9伏通过它，每次流经它是1毫安。如果继电器需要150毫安运行而TR3有300的增益，那么TR3将需要0.5毫安的基极电流去提供150毫安电流通过其集电极/发射极的结点。如果0.5毫安流经3K9电阻，其两端会有一个约2伏的压降。TR3基极/发射极电压将进一步为0.7伏，所以跨继电器电压将约为12.0－2.0－0.7=9.3伏，所以你需要确保继电器将在9伏可靠地工作。
如果用晶体管的达林顿对而不是TR3，每个有300的增益，那么它们的组合基极/发射极电压降将是1.4伏，但它们将只需要150毫安/ (300 x 300) = 1/600毫安的基极电流。那个电流跨3K9电阻只会下降0.007伏，所以继电器将获得10.6伏。
那么，你怎样算出任何具体晶体管的增益？用于电子产品的主要工作工具是万用表。这是一种数字或模拟仪表，可以广泛测量的东西是：电压、电流、电阻，……通常，仪表越贵，提供的范围越大。更贵的仪表还提供晶体管测试。就个人而言，我更喜欢更老式的、被动的万用表。这些都是被瞧不起的，因为它们从所连接的电路去汲取电流，但是，正因如此，它们总是给出可靠的读数。更现代的电池供电的数字万用表因其电池耗尽，会很乐意提供不正确的读数。我浪费了整整两天测试可充电电池，它似乎给出了一个不可能的性能。最后，我发现，这是一块废的万用表电池造成万用表的虚假读数。
第十二章：基础电子学
半导体
本节讨论分立式半导体。后面一节论述“集成电路”，这是大规模半导体器件。
ORP12光敏电阻。这种元件在黑暗中有着高电阻，而在明亮的光线中则是低电阻的。可以把它置于电路中以创建一个开关，它随光线的照度的增加或减少而启动运行：
在此版本中，点“A”处电压控制电路。 黑暗中，ORP12的电阻是R1的12,000欧姆的十倍。 因此，点“A”的电压会很高。随着光照度的增加，ORP12的电阻值下降，把点“A”的电压向下拉。由于可变电阻“VR1”从点“A”连接到地轨(电池的－ve)，可以移动其滑块来选择0伏和“A”的电压之间的任意电压。 滑块点可以选择使晶体管在白天关掉而在晚上打开。要使电路在光照度增加时触发，只要交换R1和ORP12的位置即可。
虽然大多数晶体管在这种电路中都能运行，但所示的晶体管是BC109。BC109是一种便宜的、硅、NPN结晶体管。它可以处理100毫安和30伏，并可以每秒开关超过100万次。它有三个接线：集电极，图中标为“c”，基极，图中标为“b”，以及发射极，图中标为“e”。
如前面提到的，当没有电流流入基极时，集电极和发射极之间有一个非常高的电阻。如果一个小电流输送给基极，集电极/发射极电阻降低到一个非常低的值。集电极电流除以基极电流被称为晶体管的“增益”，通常被叫做“hfe”(三极管H参数，即，共发射极低频小信号输出交流短路电流放大系数)。像BC109或BC108这样的晶体管具有约200的增益，虽然它会因实际的晶体管不同而有变化。200的增益意味着200毫安的电流通过集电极需要1毫安的电流通过基极来维持它。各种半导体的关于规格参数和连接的特定信息可以从很棒的网站免费获取：www.alldatasheet.co.kr。这些是pdf格式的资料文档。
上面显示的BC109晶体管是NPN型的。这是通过符号的箭头向外指来表示的。您还可以通过集电极指向正轨来分辨。构造与PNP器件类似结构的有硅晶体管。这些晶体管的符号的箭头是向内指的，而其集电极直接、或间接地连接负轨。这个系列的晶体管是最早的晶体管设计，被称为“双极”晶体管。
这些硅晶体管结构如此有效，以致于它们可以直接连接在一起，大大提高增益。这种装置被称为“达林顿对”（“复合晶体管对”）。如果每个晶体管的增益为200，那么这种对获得的增益为200×200=40000。这有一个效应可以用一个非常小的电流来给负载供电。下图显示了一个用于水位检测器的达林顿对。如果你在船上睡着了，这种水上启动的闹钟会非常有用的。
这里，(当电路接通)，晶体管TR的漏电流如此之小，使得TR2极需基极电流且难以关闭，穿过其集电极/发射极结给它一个高电阻。这使蜂鸣器的电压不足并使它保持关机状态。传感器是只是把两根探针固定在可接受的水平面的上方就位。如果水位上升，探针通过水连接。纯净水电阻高，但这个电路仍将使用纯净水。
更大的可能是在实际情况下，水不会特别干净。加上电阻器R1以限制TR1的基极电流有可能使传感器探针短路。完全打开时，硅双极晶体管有一个约0.7伏的基极/发射极电压。TR1的基极与TR2的发射极之间，达林顿对将有大约1.4伏，所以，如果传感器探针被短路在一起，电阻器R1将有6 － 1.4 = 4.6伏穿过它。欧姆定律告诉我们通过它的电流为R=V/A或 47000=4.6/A或A=4.6/47000安培。这计算出0.098毫安，它以40000的晶体管增益会允许上达3.9A通过蜂鸣器。因为蜂鸣器需要仅为30毫安左右，它限制经过的电流通过它，而TR2可以被认为是难以用整个电池电压切换导通通过它。
NPN晶体管的比PNP型更为常见，但它们之间几乎没有实用上的差别。下面是前面的电路用了PNP晶体管：
区别不大。这里所示的大部分电路图用NPN型，但不仅仅这些不重要的，而且还有几种方法去设计任何特定的电路。 一般情况下，所有电路中所示的半导体罕有是关键的。 如果你能支配任何所示半导体的特性，任何合理地类似装置一般都可以被替代，尤其是如果你对电路的工作原理有一个大致的了解。前面的两个电路都可作为雨量探测器运行。 适当的传感器可以轻易地用交替连接在一起形成隔行网格的条形板件制成：
这里，如果一滴雨滴在任意两个相邻的条形带之间桥接，电路将触发并响起警报。
上面的电路里的晶体管以其连接地轨（任何电路中所示的靠下的电池线被认为是“地线”，除非在别处特别说明）的发射极（多个）连接。这种连接方法被称为“共发射极”。下面的电路采用 “射极输出器”模式的晶体管连接。这是发射极留给跟随基极电压的地方——它总是低于它0.7伏——除非基极本身被低于0.7伏驱动：
这与前面所示的光控电路几乎一样。在这个变型里，晶体管的接线是要使它们起着一个“射极输出放大器”的作用，跟随点“A”的电压，随着光照度的下降而上升，同时ORP12的电阻增加。这导致通过继电器的电压增加，直到继电器动作并闭合其触点。继电器是电压运行的机械开关，这将在稍后更详细地描述。
上面的电路的缺点是，当光照度降低，通过继电器的电流增加，而且可能有一个相当长时间的巨大量的电流。如果其用意是用电池给装置供电，那么电池寿命将远远短于它之所需。我们想要的是从关闭状态到导通状态迅速切换的一种电路，即使触发的输入变化仅仅是缓慢的。有几种方法来实现这一点，其中之一是把电路修改变成“施密特触发器”：
这里，附加的晶体管（“TR2”）已经明显改变了电路的运行，使晶体管TR3开关迅速地充分开启和完全关闭。这导致通过继电器的电流非常低，直至电路触发。
电路运行如下。当在TR1的基极上的电压足够高时，TR1导通，使它的集电极和发射极之间的电阻如此之低，以至于我们可以把它当作一个短路（这是一个几近于零电阻的连接）。这实际上串联10K和1K8电阻跨接电池。在其连接点（TR1的集电极和发射极）上的电压于是将约1.8伏。两个18K电阻串联跨接那个电压，这样联结点上的电压将为它的一半；0.9伏。
这使得TR2的基极约0.9伏而其发射极为1.8伏。TR2的基极故此不高于其发射极0.7伏以上，所以TR2里没有基极/发射极电流流动，意味着TR2很难关闭。这意味着TR2的集电极/发射极电阻将非常高。TR3的基极上的电压由1K8电阻、TR2的集电极/发射极电阻（很高）和3K9电阻控制。这驱使TR3的基极电压上升到接近满电池电压，而且由于它是作为射极输出放大器布线的，其发射极电压将约为0.7伏——在那之下。这意味着继电器将使大部分的电池电压穿过它，因此将难以打开。
一些实用的要点：流入TR3的基极的电流来自3K9电阻。3K9电阻需要3.9伏通过它，每次流经它是1毫安。如果继电器需要150毫安运行而TR3有300的增益，那么TR3将需要0.5毫安的基极电流去提供150毫安电流通过其集电极/发射极的结点。如果0.5毫安流经3K9电阻，其两端会有一个约2伏的压降。TR3基极/发射极电压将进一步为0.7伏，所以跨继电器电压将约为12.0－2.0－0.7=9.3伏，所以你需要确保继电器将在9伏可靠地工作。
如果用晶体管的达林顿对而不是TR3，每个有300的增益，那么它们的组合基极/发射极电压降将是1.4伏，但它们将只需要150毫安/ (300 x 300) = 1/600毫安的基极电流。那个电流跨3K9电阻只会下降0.007伏，所以继电器将获得10.6伏。
那么，你怎样算出任何具体晶体管的增益？用于电子产品的主要工作工具是万用表。这是一种数字或模拟仪表，可以广泛测量的东西是：电压、电流、电阻，……通常，仪表越贵，提供的范围越大。更贵的仪表还提供晶体管测试。就个人而言，我更喜欢更老式的、被动的万用表。这些都是被瞧不起的，因为它们从所连接的电路去汲取电流，但是，正因如此，它们总是给出可靠的读数。更现代的电池供电的数字万用表因其电池耗尽，会很乐意提供不正确的读数。我浪费了整整两天测试可充电电池，它似乎给出了一个不可能的性能。最后，我发现，这是一块废的万用表电池造成万用表的虚假读数。
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