晶体管工作原理！

登录 · 发表于 2019-7-29 20:19

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：

djxf · 发表于 2019-7-29 20:42

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。

登录 · 发表于 2019-7-30 10:35

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。

发表于 2019-7-30 10:50

本帖最后由 HWM 于 2019-7-30 10:58 编辑

评论《晶体管工作原理！》

https://bbs.21ic.com/icview-2839150-1-1.html

登录 · 发表于 2019-7-30 11:33

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”。

登录 · 发表于 2019-7-30 11:34

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】

登录 · 发表于 2019-7-30 12:05

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。

登录 · 发表于 2019-7-30 12:36

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**再多的知识，也是死水一潭。

登录 · 发表于 2019-7-30 12:48

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。

登录 · 发表于 2019-7-30 13:13

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：

登录 · 发表于 2019-7-30 14:31

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。

登录 · 发表于 2019-7-30 14:46

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！！！！！！！！！！

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。

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。

发表于 2019-7-30 15:19

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）。。。

发表于 2019-7-30 16:04

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。

发表于 2019-7-30 17:23

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？

发表于 2019-7-30 18:04

老徐好像许久未露面了啊，关禁闭了？

发表于 2019-7-31 17:48

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

发表于 2019-7-31 18:29

雪山飞狐D 发表于 2019-7-31 17:48
人家什么东西都要收敛到电磁场，这样显得比较牛B

他最多只能找到更严谨的五个条件，其实就是肖克莱推导过程的分步化而已。
一是总波矢k=0，二是能带对称，三是速度相等vh=ve，四是质量me=-mh，五是我上面的运动方程。

[电路/定理] 晶体管工作原理！

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