在電子產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，我們經(jīng)常用到無源元件。在本文中，英銳恩單片機(jī)工程師將介紹有源元件的半導(dǎo)體和二極管、晶體管和場效應(yīng)管。

介于導(dǎo)體和絕緣體之間的半導(dǎo)體

用作半導(dǎo)體器件材料的硅(Si)和鍺(Ge)具有介于銀和鋁等導(dǎo)體與石英和陶器等絕緣體之間的電阻率。電阻率的差異取決于物質(zhì)，因?yàn)榭梢砸苿?dòng)的電子量不同。這種可移動(dòng)的電子被稱為“自由電子”，它可以通過向物質(zhì)中添加雜質(zhì)來改變自由電子的數(shù)量，并控制電流的易流動(dòng)性。英銳恩單片機(jī)工程師介紹，根據(jù)電流流動(dòng)的機(jī)制，有兩種類型的半導(dǎo)體，N型和P型。

二極管的一種應(yīng)用方式

二極管具有結(jié)合了P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的簡單結(jié)構(gòu)。在P型和N型接合面周圍，各自的載流子擴(kuò)散并結(jié)合形成一個(gè)無載流子（電流載體）的區(qū)域。該區(qū)域的帶電雜質(zhì)形成電壁，阻止載流子擴(kuò)散并停止鍵合。英銳恩單片機(jī)工程師介紹，這種電壁稱為耗盡層。如下圖，為PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)。

當(dāng)二極管兩端加正電壓，P型區(qū)加正電壓，N型區(qū)加負(fù)電壓時(shí)，能量沿耗盡層變窄的方向加到載流子上，載流子很容易向兩側(cè)移動(dòng)，再次發(fā)生耦合，失去的載流子通過施加電壓通過電流得到補(bǔ)充，成為連續(xù)電流。另一方面，當(dāng)在P型區(qū)施加負(fù)電壓，在N型區(qū)施加正電壓時(shí)，能量沿載流子被吸引到電極的方向施加，耗盡層變寬，幾乎沒有電流可以流動(dòng)。英銳恩單片機(jī)工程師介紹，整流作用是二極管的基本特性，它使電流僅在一個(gè)方向上通過。電流容易流動(dòng)的方向稱為正向，電流不易流動(dòng)的方向稱為反向。

晶體管的開關(guān)操作

晶體管可以獲得比基極電流大許多倍的集電極電流。集電極電流與基極電流之比稱為直流電流放大系數(shù)(hFE)，其值約為100至700。在下圖所示的電路中，當(dāng)0V施加到IN時(shí)，基極電流不流動(dòng)，因此集電極電流不流動(dòng)。因此，因?yàn)闆]有電流流過RL，所以12V輸出到OUT。另一方面，如果向IN施加比基極-發(fā)射極電壓足夠高的電壓（通常為與0V相比大約0.7V或更高的電壓），則基極電流將流動(dòng)，集電極電流為hFE倍流。然而，實(shí)際流動(dòng)的電流被負(fù)載電阻RL限制為(12V-Vce-sat(飽和電壓))/RL。在電子產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，這種開關(guān)電路常用于控制由于驅(qū)動(dòng)電流大而不能直接由微機(jī)或邏輯IC驅(qū)動(dòng)的功率LED、繼電器、直流電機(jī)等。

FET的驅(qū)動(dòng)能力

FET（場效應(yīng)晶體管）大致分為兩種類型：MOS（金屬氧化物半導(dǎo)體）型和結(jié)型。尤其是MOS場效應(yīng)管（MOSFET）與上述雙極晶體管相比，結(jié)構(gòu)扁平，基本不需要分離以避免相鄰元件之間的干擾，易于集成和小型化，功耗低，因此是一種IC和LSI不可或缺的元素。讓我們看看這個(gè)MOS型FET的操作，下圖是N型MOSFET的示意圖。

G是稱為柵極的電極，其下方是作為絕緣體的氧化膜，S為源極，D為漏極跨過柵極。當(dāng)柵極和源極之間的電壓為0V時(shí)，P型半導(dǎo)體夾在N型半導(dǎo)體制成的源漏之間，由于存在相反方向的結(jié)，所以電絕緣。也就是說，在源極和漏極之間沒有電流流動(dòng)。

另一方面，當(dāng)電壓施加到柵極時(shí)，自由電子被直接吸引到柵極下方。源極和漏極之間有更多的自由電子，使電流更容易流動(dòng)。英銳恩單片機(jī)工程師表示，簡單來說，源極和漏極之間的電流可以通過施加到柵極的電壓來控制。

英銳恩單片機(jī)工程師介紹，在電子產(chǎn)品開發(fā)時(shí)MOSFET主要用于開關(guān)電路和放大電路。此外它也用作恒流源，因?yàn)楫?dāng)施加到柵極的電壓恒定時(shí)，源極/漏極電流變得恒定。N型MOSFET在柵極下方有一個(gè)N型電流通道（通道）。當(dāng)溝道為P型時(shí)，稱為P型MOSFET。

數(shù)字電路基本要素CMOS

CMOS（互補(bǔ)MOS）是指以互補(bǔ)方式連接的MOSFET，如下圖所示。使用這樣的電路配置，當(dāng)IN電壓為0V或VCC時(shí)，只有一個(gè)MOSFET導(dǎo)通。因此，幾乎沒有電流從VCC流向GND，因此可以配置低功耗的邏輯電路。而且，當(dāng)今的大多數(shù)LSI和IC都是由這種CMOS構(gòu)成的。