why?
假如目前有一个需求,需要把1v的电压放大到10v,应该怎么做呢?
最基础的方式,使用中学就学过的受控电源,
- 电压控制电压源:即变压器,但是变压器只能处理高频信号,对于低频信号或者直流信号,就不管用了,
- 电流控制电压源:没有这种元件
- 电流控制电流源:三极管
- 电压控制电流源:MOS管
三极管和MOS管
三极管
作用:放大信号/作为开关,在模拟电路中,使用到放大特性,在数字电路中,使用开关特性(饱和区和截止区)
目前放大特性应用场景已经很少了,开关特性在集成电路中也已经被MOS管取代了,只有在一些小电流小规模的嵌入式开发中作为开关管使用。至于目前的放大,都是由运放IC实现。
三个电极:E,C,B
三极管分为PNP型和NPN型,P和N是指硅参杂后形成的半导体
- N型是硅与磷参杂,自带多余电子
- P型是硅与硼参杂,自己缺电子,自带空穴
一个N一个P结合到一起就是二极管,当电子受力从N向P流动时就导通,反过来时就不导通,这种称为PN结
正向导通时也是有死区的,只有电压大于截止电压时才会导通
NPN型三极管:两个PN结的P区结合到一起,就形成了NPN型三极管,又称为P型三极管
其整体具体结构如下:
使用方法如下:
PNP与NPN基本上处处相反,使用时负责也是接在E下面而不是C上面
三极管的工作状态
理想状态下,应该一旦Ib有电流,Ic就应该是Ib的倍数,与电压无关【具体放大多少倍需要看三极管的技术手册】
但是实际上由于二极管正偏时也有截止电压,所以实际上的伏安特性如下所示,在Vc小于Vb时,工作在饱和区,这时的电压变化非常小,约等于截止状态,直到Vc大于Vb时,才会真正工作在放大区。
三种工作状态:
放大状态:Vb>Ve,Vc>Vb,C和E连通,Ic与Ib大致呈线性比例关系
饱和状态:Vb>Ve,Vc<Vb,C和E“约等于连通”,但Vce变化很小,从0到0.7V,
截止状态:Vb<Ve,整体都是断开的,Ic,Ib,Ie都为0
发正集反是放大
全正是饱和
全反是截止
正:指PN结正偏,Vp>Vn,反指PN结反偏,Vn>Vp
当Vb大于Ve的时候,BE之间可以看成一个二极管,Vbe为0.7V,或-0.7伏V
具体使用案例:
当控制电压Vb是由单片机输出时,如果使用的是开漏输出时,PNP控制需要加上拉电阻,NPN控制需要加下拉电阻,否则控制输入悬空时三极管状态不明确,有可能导致误开。
常见三极管的封装形式:
MOS管
三个电极:G、S、D
当G和S之间存在一定电压差时,D和S连通,没有电压差时,D和S不连通
基础结构:
NMOS可以等效为一个电压控制的电阻,电阻的大小随着Vgs的变化而变化
NMOS打开时的这个很小的电阻阻值,称为Rdson,也是选择NMOS的一个参数。
还有一个参数是Cgs,指在G和S之间的一个寄生电容的电容值,这是工艺导致的,无法避免,在给G加电压时,要先给这个电容充电,导致波形失真,当控制频率太高,高电平时间接近于爬升时间时,就会失真非常严重。一半Cgs和Rdson是成反比的。
和P型三极管,N型三极管一样,除了N型MOS管,还有P型MOS管
使用方法:
P和N之间会形成耗尽层,使用时一般将S极源极和衬底连在一起
耗尽区:在结内,由于电子和空穴成对复合,使得在结内几乎没有能导电的电子或空穴,因此称为耗尽区,其实就是结内的那片区域。
中性区:在结外的n和p区,由于电子或空穴浓度几乎没有被消耗,因此半导体表现为中性材料,称为中性区。
实际上,耗尽区并没有耗尽,还是有一点电子的,中性区也并不严格中性,整个半导体内的电子浓度是连续变化的,且为指数级的变化,导致远离结的区域电子浓度几乎没变化,而结内几乎没有,因此为了简化分析和计算,认为结内耗尽,结外中性。
整体使用电路如下:
工作状态:
当Vgs <Vgs(TH) 时,S和D之间不导通
当Vgs > Vgs(TH)时,S和D导通,电流随着Vds增大而增大
当Vds > Vgs - Vgs(TH)时,MOS管进入恒流区,Vds不增大,Vgs(TH)是选择MOS管时的一个重要参数
Vgs(TH)称为开启电压
输出特征曲线
其实输出特征跟三极管差不多,所以他们用途也基本一致。
常见NMOS的封装:
二者区别和相同
MOS管是电压驱动的元件
三极管是电流驱动的元件
MOS管的优点:
- 省电
- 导通阻抗小,当连通时,三极管等效为一个二极管,MOS管等效为一个极小阻值的电阻
三极管的优势: - 便宜,在电流较小的时候使用三极管很合适
- 耐高压,大电流
题外话,电源符号
VCC,VDD,VEE,VSS
目前的使用
VCC:主要是外部供电表示,3v,5v之类的
VDD:主要是内部供电表示,1.8v,3.3v之类的,一半用在芯片引脚上
VEE:与VCC配合使用,表示电源负极
VSS:公共连接,常用来表示电路的共同接地端
各自由来
VCC是施加到集电极的电压
VEE是施加到发射极的电压
VDD是施加到MOS管中漏极的电压
VSS是施加到MOS管中源极的电压
标签:Vb,MOS,三极管,数电模,电压,电流,Vgs From: https://blog.csdn.net/qq_45983373/article/details/137457659参考:
b站up主工科男孙老师视频:
https://www.bilibili.com/video/BV1Co4y1Q7rN/?spm_id_from=trigger_reload&vd_source=6c5b6374d775b5360f7ff9add4fd2bb0
b站up主爱上半导体视频:
https://www.bilibili.com/video/BV1kv411574Y/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=6c5b6374d775b5360f7ff9add4fd2bb0
b站up主小鱼教你模电数电视频:
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b站up主达尔闻视频:
https://www.bilibili.com/video/BV19x421S7R1/?spm_id_from=333.788&vd_source=6c5b6374d775b5360f7ff9add4fd2bb0