器件：二极管与三极管的结构原理
1 半导体
二极管与三极管都是半导体器件，要想理解他们的物理工作原理，觉得开头还是应该提一下啥是半导体；
| 半导体分类 | 定义 | 导电因素 | 解释 | ||
| 本征半导体 |
相邻原子的价电子通过共价键连接； 电子和空穴的数量动态平衡 是纯净的单硅晶体半导体； |
环境温度 |
载流子浓度受温度影响大，导电性能差； 可以做热敏，光敏器件； |
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| 杂质半导体 |
“⊕”positive P型半导体 |
通过扩散工艺掺杂+3价元素的半导体； 以价带(3s态)中的空穴“⊕”导电为主； |
掺杂浓度 |
由于半导体晶体的电子共有化运动以及能带能量量子化， 使得半导体最外层能带的3s和3p态能级重新分裂， 3s态占据2个电子满足能量最低态后，剩下的电子占据3p态； 分裂后3s态和3p态的禁带较窄，约1~1.5eV能量就可以跃迁； |
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“●”negitive N型半导体 |
通过扩散工艺掺杂+5价元素的半导体； 以导带(3p态)中的电子“●”导电为主； |
掺杂浓度 |
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这里解释一下，以前的疑惑为什么半导体中导电的电子和空穴电流不会彼此复合掉；
估计是因为实际上半导体中空穴移动的本质仍然是电子在定向移动，所以电子和电子没法复合势场；
电子和空穴能够复合的本质是在有外加势场的情况下，电子和空穴受外加势场的影响定向移动通过自身的势能去复合掉外加的势场；
比如电子和空穴能够复合掉PN结扩散运动产生的内建势场；使用外加势能抵消了内建势能；
1.1 载流子的三种运动方式
导体和半导体之所以能导电，主要是因为载流子在导体与半导体内的定向运动形成电流；
1.1.1 载流子的扩散运动：在无外界条件的作用下，载流子由于浓度差而产生的运动；
1.1.2 载流子的漂移运动：在电场作用下，载流子受电场影响产生的运动；即电流的定向移动；
1.1.3 载流子的热运动：受温度影响，部分价电子获得热能挣脱共价键形成自由电子的运动；也称为本征激发；
1.2 偏置电压：在器件两侧施加固定直流电压，使得器件的电压能够偏移至器件的工作电压范围；
正偏电压：P区接电源正极，N区接电源负极；使得多子在电场的作用下在半导体内定向移动；多子工作；
反偏电压：P区接电源负极，N区接电源正极；使得多子在电场的作用下运动被抑制；多子不工作；
2 二极管
二极管是由PN结上加上电极引线和管壳就封装而成；
按制作工艺的结构可以分为三类二极管：点接触型二极管，面接触型二极管，平面型二极管；占坑；
利用二极管的单向导电性，反向击穿性，光敏特性，结电容特性等结合其他元件，可以封装成整流电路，稳压电路之类的，占坑；
2.1 PN结
将本征半导体的两侧分别掺杂成P型半导体和N型半导体，可以制作成PN结；
P区和N区的多数载流子产生扩散运动结合后，交界面处剩下的离子形成耗尽层，建立内建电场；
内建电场未达到平衡状态时，载流子主要由多子扩散产生，少子漂移影响可忽略；此时耗尽层和内建电场逐渐增强；
内建电场达到平衡状态时，扩散运动与漂移运动互相反馈，基本平衡(并不相等)；此时耗尽层的宽度与内建电势不再变化；
2.1.1 PN结工作原理
如果在PN结上外加正向电压则内建电场减弱，PN结正向导通；外加反向电压则内建电场增强，PN结反向截止；
以上现象为PN结的单向导电性，也是PN结的工作原理；如下图所示：
2.1.2 PN结正偏导通
在外电场的作用下，P区多子与外电场相斥，向耗尽层漂移；N区多子同理也向耗尽层漂移；
未导通时，相当于PN结内大部分空间没有载流子，载流子都被外电场赶到在耗尽层附近，耗尽层越来越窄；
当耗尽层的电子空穴被赶过来的载流子复合完了，于是耗尽层就没了，即内建电场就没了，PN结导通；
(上行理解不对，电子空穴并不能被复合掉。他们只是成对中和了内建电场，此时PN结导通电流包括N区电子电流和P区空穴电流；
另外不知道电压直接短路的时候，电子空穴是怎样运动把电压烧坏的；)
导通后，在外电场的作用下，PN结允许电子源源不断进行定向移动；
2.1.3 PN结反偏截止
在外电场的作用下，P区多子与外电场相吸，向外加电压负极漂移；N区多子也向外加电压正极漂移；
PN结载流子浓度变低，耗尽层逐渐变宽；PN结截止；
截止后，只要外电场在PN结工作电压范围内，那么PN结相当于断路，电流近似为0；
2.1.4 多子与少子的运动状态
PN结正偏时多子运动加剧形成电流，少子运动抑制；
PN结反偏时多子运动抑制，少子运动加剧形成反向饱和电流较小忽略不计；
2.2 二极管分类
按制作工艺的结构可以分为三类二极管：点接触型二极管，面接触型二极管，平面型二极管；
占坑；
2.3 二极管应用电路
利用二极管的单向导电性，反向击穿性，光敏特性，结电容特性等结合其他元件，可以封装成整流电路，稳压电路之类的；
占坑；
3 三极管
三极管全称：双极结型晶体管(bipolar junction transistor)；只有三个管脚简称三极管；
| 双极bipolar | 结型junction | 晶体管transistor |
| 工作时包含两种极性的粒子，空穴“⊕”，电子“●” | 器件具有两个PN结，发射结Je和集电结Jc | 器件由半导体晶体制作而成 |
三极管为电流控制器件，主要用作放大微弱的交直流信号(即各种模拟信号)；工作在放大状态下的截止和饱和区时也被用作开关使用；
3.1 结构原理
三极管属于放大器件；根据三极管的制作工艺及原理，三极管工作在放大状态下的前提是发射结正偏，集电结反偏；
本小结我们以基本共射放大电路的NPN来解释一下内部结构原理；
3.1.1 发射结正偏
发射区：多子电子在电场作用下漂移到基区，形成漂移电流IEN，其中小部分电子在基区复合形成电流IBN,剩下的电子扩散到了集电极；
少子空穴的运动被电场抑制；
基区：多子空穴在电场作用下漂移至发射区，形成电流IEP；
少子电子的运动被电场抑制；
3.1.2 集电结反偏
基区：多子空穴的运动被电场抑制；
少子电子在电场的作用下形成反向饱和电流ICBO的一部分；由发射极扩散过来的电子在电场的作用下漂移到集电极；
集电区：多子电子的运动被电场抑制，由发射极一路过来的电子被集电极收集，形成电流ICN；
少子空穴在电场的作用下形成反向饱和电流ICBO的另一部分；
3.2 三种基本的放大电路连接方式
通过选取一个区作为参考点，另外两个区作为三极管的输入输出，构成了三极管的三种基本放大电路；但三极管还是同一个三极管(这点很重要)；
直流αβ与交流αβ的定义相同，为了简化以直流增益分析定义；αβ在定义的时候没有考虑ICBO电流，所以图中未标出；
3.2.1 共基放大系数α近似为1，常见值为0.9~0.99；说明发射极发射的电子90~99%都可以被集电极收集；
3.2.2 共射放大系数β常见值为30~300；说明基极的小电流变化可以引起集电极较大电流的变化；
3.2.3 共基组态下，如果将α的定义以ICBO，IC，IE来表示，可得IC=αIE+ICBO；
由式可得，当发射极开路(电流IE=0)时，集电极到基极的电流就是ICBO反向饱和电流；
3.2.3 共射组态下，如果将β的定义以ICBO，IC，IB来表示，可得IC=βIB+(1+β)ICBO；
由式可得，当基极开路(电流IB=0)时，集电极到发射极的电流就是穿透电流ICEO=(1+β)ICBO；实际值小于1μA；
3.2.4 忽略掉反向饱和电流的存在的话，α=IC/IE；β=IC/IB；
3.2 输入输出特性曲线
三极管的输入输出特性曲线描述的是各极电压电流之间的关系，可用于对三极管性能，参数和电路的分析估算；
以共射电路来分析输入输出的特性曲线；发射结电压为ube ，集电结电压为ubc；(uce=ucb+ube 无外加电压仅用于本小结计算管脚参考电压使用)；
3.2.1 输入特性曲线描述当uce为常数时，基极电流ib与发射结电压ube之间的关系；
当uce=0时，相当于将集电结与发射结短路变成两个PN结并联，只要克服PN结压降就会有电流；电流很大；
当0<uce<1时，目的是确保0.3>ucb>0，在基区复合的电子(ICN,IEP,IBN)容易被集电极收集走部分(ICN)，想要达到相同的ib只能多给一点ube了；所以0.5V曲线右偏；
当uce>1V之后，目的是确保ucb>0.3，发射极发射过来的电子(其中ICN)都被集电极收走了，再怎么增加ube也增加不了ib了；
似乎这里的ucb只要0.3V就可以复合导通，大概是因为集电结是低掺杂的，平常的PN结是高掺杂的需要0.7V；
3.2.2 输出特性曲线描述当ib为常数时，集电极电流ic与三极管压降uce的关系；
截止区：ib=0，集电结反偏；
ube<发射结压降0.7v，即ib=0，PN结截止，效果等同于发射结反偏；
uce>ube，此时电流 ic = Iceo ≈ 0；ucemin>0.3v+ube;
放大区：发射结正偏，集电结反偏；
ic≈βib；
饱和区：发射结正偏，集电结ubc>0；
在饱和区随着uce的增大，ic增大(应该空穴电流)；随着ib的增大，ic基本不变；不具备线性放大特性，ic<βib(应该远远小于)；
集电极ubc电势为正，此时ucb电压电势为负，集电极不吸引电子，ic电流完全和发射极的电子没有关系；
ucb=0V时为集电结临界饱和点，在保证ubc>0V时，ucemax为0.3V，uce电压小于集电结扩散运动的内建势场；
3.3 三极管开关电路原理
3.3.1 NPN三极管开关电路
当input为低时，发射结反偏截止，集电结无电子收集，反偏截止；三极管等价于导线断开，output接VCC为高；
当input为高时，发射结正偏导通，集电结收集发射极的电子导通，三极管等价于导线导通，output等价于接GND为低；
3.3.2 PNP三极管开关电路
当input为高时，发射结反偏截止，集电结无空穴收集，反偏截止，三极管等价于导线断开，output接GND为低；
当input为低时，发射结正偏导通，集电结收集发射极的空穴导通，三极管等价于导线导通，output等价于接VCC为高；
3.3.3 方便判断可以记忆为NPN为高电平触发器件，PNP为低电平触发器件；
感觉作为开关电路导通时，三极管工作在饱和区的前提也是需要集电结反偏的，只是工作之后集电结会被导通成正偏；存疑放着吧；
3.3.4 三极管应用：CH340一键下载电路
STM32：U/J/ST-LINK下载器 ，SWJ-DP协议和ISP一键下载 - caesura_k - 博客园 (cnblogs.com)
4 随笔小结
一开始我只是想烧个程序而已，结果发现下载程序的方式和下载器之类的总是迷迷糊糊的没有一个清晰的分类；
所以去整理了一下下载器都有啥，顺便了解了一下下载方式；只是一个小问题，以为就可以结束问题了；
没想到正点板子不用下载器，搞了个一键下载电路，那好吧，那就看看吧，看着看着又模糊了；
芯片手册啥也没写，只有电路图上两个三极管孤零零放着看不懂好纠结，就像一团乱麻，看到了就忍不住想去理清；
可是三极管也就从前应付考试看了看，谁还记得什么啊，只能先整理整理放三极管的盒子了；
无奈又是一堆电路的天坑，实在填不了了只能先放着；马马虎虎建了个轮廓，终于知道那两个三极管在干啥了；
可是我一开始的目的只是想要烧个程序而已呀；
也许生活就是如此吧，一开始只是为了解决一个小问题，没成想问题牵扯新的问题，像一场雪崩击穿不休不止直至崩坏；
可似乎生活也不如此，自然科学的问题最后总能找到许多解，而生活并不总是有答案；
