很好的學習資料，另辟蹊徑說電

LhUpBJT 發表于 2025-1-5 11:39
不論是電氣連系還是場效應，反偏結的疏通，都是勢壘型有源器導電的關鍵，
曾幾何時，我還真的以為那個集 ...

肖克萊二極管，可視之為添加了P外延層的N型DIAC，
兩者的啟動機制，都是利用集電結的擊穿給出「Ib」，但穩態維持的機制不一樣，
隨著肖克萊二極管的開通，P外延層替代集電結提供「Ib」，DIAC沒有外延層，集電結擊穿狀態的維持，建基于BVceo跟 Ic 的關系，
所以，整個肖克萊二極管的通態壓降可低比一個PN結還小，DIAC則永遠做不到，倘若沒有〖漂移〗機制，BJT，IGBT與可控硅這些有源器件就不復存在。

BJT的基區為何需要這么薄，大家現在明白了吧，就是要確保集電結身處發射結的 射程范圍，
但是，基區乃集射二結的公共區域，太薄了，兩結靠近得過份，就有穿通的風險，MOSFET則永遠不會有此問題，
MOSFET的結構，實際上跟BJT相若，MOSFET的溝道，實際上就是BJT的基區所在，此溝道透過場效應建立，無需依賴射極，那就不受〖擴散長度〗的制肘。

科書與那些能在新華書店或圖書館讀到的課外書，對于BJT的解說，都僅止于
Ie 只有少量從基極流走，絕大部份進入基區耗盡層被電場「加速」，拉扯進入集電極成為 Ic 這樣，
這樣的過境方式就是漂移，在電子技術中混搭半導體物理，本來沒甚不妥，但問題在于，跟二極管單向電導性的闡釋缺乏圓滿的過渡。

右邊這貨，其實就是 肖克萊二極管 的原理性結構示意圖及正向轉折后的實際情況，
如果集電結的摻雜足夠重，這只肖克萊二極管就會變成 高壓硅堆，金屬如果作為芯片的引線，就必須歐姆接觸，半導體之間究竟能否實現歐姆接觸我不曉得，但讓反向阻斷能力全失是可以的，不過，摻雜還是不要重得搞出個隧道效應來為妙！
亮綠色的那根線，代表的是 PN結的物理結面，可以見到，這PN結已非原理層級，而是有實際結構的范兒，結面區是輕摻雜，端子區則是重摻雜，為甚么要這樣玩呢，因為，在足以成結的前提條件下，摻雜愈輕，耐壓愈高，但實體電阻也愈大，耗盡層的脹幅也愈大，為免穿通的發生，端子得距離結區足夠遠，PN結才能安全地施展二極管的效能，重摻雜的外延層只能減小端子段的電阻，但真能增加端子跟結區的等效距離嗎？！  
那根綠線代表的，其實不僅止于物理結面，而可以是 本征層或量子阱，光伏電池及發光二極管就需要 量子阱與復合中心，給載流子提供 集中的復合或拆分之處，並且規劃吸收或發放的額定光譜； 而作為射頻開關或調制用的二極體，或超高耐壓BJT的集電結，則此綠線就是本征層 (I區)，這樣的結構就是 PIN二極管，此 I 層並非作為隧穿層 而是提高PN結反向耐壓的助力，所以不能太薄。

同樣是擊穿，PN結跟絕緣體有著質的差異，
絕緣體的擊穿，就像用鐵榔頭敲碎玻璃那樣，是化學鍵的斷裂，一旦擊穿就無可救藥，輕則皸裂或焦煳，重者會散架或焚燒，
PN結的擊穿，觀感上近似于復合的逆過程，跟絕緣體不同，載流子不是結構性束縛，當PN結反偏足夠高時可以「滑脫」，如果限流，PN結就像普通電阻那樣不會損壞，
隧穿效應跟隧道效應也是不一樣，隧道效應建基于PN結正偏時的能級關系，隧穿效應則有絕緣隧穿及深反偏隧穿兩種，當絕緣物只有單原子厚度時，成鍵電子可被導體中的自由電子就地替換，而在深反偏的PN結中，N導帶跟P價帶已呈「對接」之貌，N材電子就逕向P區價帶跑，P材空穴也直接往N區導帶奔，兩家都省得「上竄下跳」了。

不論是電氣連系還是場效應，反偏結的疏通，都是勢壘型有源器導電的關鍵，
曾幾何時，我還真的以為那個集電結的狀態是擊穿的，可不對啊，集電結一旦擊穿了就不再受基極控制，那還怎樣放大呢，
后來才知道，勢壘型有源器件真的是有擊穿這用法的，DIAC就是，如果把射極開路，只用集電結，那就等同于穩壓管的用法了，
但在BJT中，集電結的狀態卻像可調電阻那樣可隨意控制 (跟基極電流成比例)，基極電路一斷，管子就完全不開通了，這意味著，BJT集電結的傳導方式跟DIAC絕不一樣。

增益型有源器件，最簡單的自然是三極管，
除外先前講過的 jFET，其他都是勢壘型的，基本結構中的核心部份，就像乒乓球拍那樣，
板子就是基區 (連引腳)，兩面的膠貼就相當于集電結與發射結，BJT如是，MOSFET其實也差不離，分別在于基區跟引腳的連線方式，而連線方式的分別，注定了驅動手段不會一樣，
而讓我感到饒有興味的，就是MOSFET的那個「溝道」，同具「溝道」之名，但它跟 jFET 中的不是一個概念，MOSFET的溝道並非與生俱來，而且是跨接于兩個物理結面的，那就跟天體物理學的「蟲洞」有點像，
關鍵是，MOSFET當溝道生成時，漏源壓降可低至比BJT的飽和壓降還小，換言之，兩個PN結的勢壘都被溝道「破壞」了，BJT的飽和壓降也是比PN結的正向壓降更小的，我懷疑就是這「溝道」干的好事，這「溝道」的成份就是 Ie 。

有一種文字流過大腦，但毫無知識流過的感覺。太高深了，是真不懂，我愿稱之為文字泥石流。

單結型有源器件，功率只取道于一區 (肖特基結就只有晶片區可選)，
其他有源器件的組份，至少兩結，而且，用法必然是PN結的正規載流模式，
PN結，構造及原理賊簡單，但它的運作機制與結區制作工藝卻沒那么簡單，在用度上，二極管攤上的只是PN結的單向電導性，
不幸的，人類的思維定勢就卡在二極管的單向電導性上 (這跟學術界與業界的不親民操作不無關系)，在多結型有源器件中跟功率打交道的，正正就是〖勢壘〗，
別忘了，世上第一只晶體管，可是肖特基版的BJT啊，如果PN結鐵定不能反向導電，那么，世上的半導體有源器件 也許就只有 jFET 獨挑大樑，半導體功率電子學及電力電子技術就不會那么好發展了。

LhUpBJT 發表于 2024-12-28 13:26
有源，無源，源，是甚么來著？！
根據當前所悟，意思有三，權且稱之 三是否。
①是否產生新信息：

有源，無源沒那么復雜，完全是翻譯的問題。

理解為主動和被動就可以了。發電機是主動元件，電燈是被動元件。

先前提到過，PN結的膝點是有源區，但二極管不歸屬于有源器件，它不專屬于電子技術領域，
隧道二極管與耿氏二極管，它的負阻伏安特性可直接從直流電源變生出波形來，所以勉強算是有源器件，
但是，真正的有源器件必須有增益，甚至可控，有源器件最簡單的，一個PN結就搞定，UJT及jFET 就是這樣，電流的位置和方向，是跟物理結面擦身而過，
PN結跟二極管，是 局部與整體 的關系，端子必須距離結區足夠遠，PN結的安全運行才得保證，而 UJT與jFET 的溝道，正好就是在 結區邊緣，那就意味著，電源是橫亙在二極管的其中一個「大后方」的，另一個「大后方」就成了基 (柵) 極，
UJT跟jFET，拓撲相似但構型不同，UJT的基極，幾近于點觸，jFET柵極就大得多，只因要避開電源端子而比溝道略短，由于整個功率通道同質，jFET 注定只能是耗盡型，負偏壓令耗盡層擴張把溝道封堵使管子關斷，而UJT則是當成增強型來用的，它本身不像隧道二極管那樣自帶負阻，但正向開通造成的 電導調制效應 令溝道下半段的阻力銳減近乎短路，分壓暴跌，接于基極的電容就是利用此變化，反復充放電，UJT基極太小而且反向耐壓不給力，也許溝道還未「夾斷」就擊穿了，所以大概不會有人拿它當作 jFET 來用吧。

1947年，第一只半導體三極管誕生，它並非無能而是無法便攜，
此管，是金鍺配，鍺硅同屬碳族，如果晶片是硅或石墨，那就是貨真價實的 肖特基三極管，
但大家有否思考過，金銀銅鋁鉑這些金屬，都是良導體，成結所建的 空乏區 只能在晶片側，那么，晶片就只能用于三極管的基區或溝道，這樣，肖特基三極管就跟真空管那樣只有一型，真空管相當于NPN，而肖特基三極管就只能PNP型 (雙極) 或N溝道 (場效應)。

機械開關，能做到的最高頻率，也許就止步于換向片與電刷的組合，
但論開關速度，機械開關卻是無窮大，開關狀態的變化是結構而非阻力，而電子元件即使沒有存儲效應和寄生電容，也有〖載流子遷移率〗這個限制因素 (就連真空管也逃不掉)，所以，機械開關的  耐壓、抗湧浪能力、開關速度與飽和壓降，也許都是有源器件永遠無法做到的。

在職能上，運放可權充比較器，但比較器側重于邏輯工況，無法妥善處理模擬類信息，
無獨有偶，三極管也有如此差異，高放用管的飽和壓降較高，不需內置逆導二極管，亦不會研發耐壓太高的品種，開關用管的Pcm顯著低于同級別的高放管，線性差勁，
這里所指的開關，是有源器件，不包括 相當于甲類放大偏置 那樣的二極管開關，在這大前提下，仍然不是所有開關用管都得要三極，真空管二極也能開關，磁控管不就是以磁場為外力嗎，電子束是能跑的，得磁場之力，就可以輪流接通陽極上的每個坑槽，起到等同于開關的作用。

MOV，可想像為複合導體的特例，
有說，它相當于一大堆隨意串並聯的PN結，
但我覺得，它的組成是以一種金屬的氧化物為主，這些金屬氧化物納米微粒以類似于 點觸型二極管 的形式靠攏，
但這些微粒是單一材質，如果真的可搭建出PN結也該是雙向的吧，但有可能嗎，我覺得它們應該是相當于 齒隙導雷器，
另外，這些微粒不見得都能全部靠攏，而是有一部份會被微氣隙或灌封材料隔開，那就會跟 複合導體 那樣有隧穿這應，
隧穿效應所用的絕緣物，通常是貧導體，跟半導體不同，貧導體的成鍵電子沒有類似于「齊納擊穿」的可脫臼機制，材質一旦擊穿就立馬崩壞，所以，MOV對于超高過電壓的耐受性及重復性稍遜于TVS是不無道理的。

有源，無源，源，是甚么來著？！
根據當前所悟，意思有三，權且稱之 三是否。
①是否產生新信息：
電子電路所帶的負載，其所需往往沒存在 (但自然規律允許) 或不常備，那就需要「發生器」，有源器件，就是發生器的核心，
②是否跟電源有互動：
再生制動與有源鉗位，是把負載釋出的能量往電源返還，賣電則是將自家所產的電力經電源匯出，供給其他用戶，
③是否有增益或需要多個信息：
二極管，若作調幅或轉頻之用，不需電力，但需要訊號信息源與載波信息源，三極管有增益，作放大器用 需要功率源和訊號，集電極調幅則是 把信息放大作為功率源，以載波為訊號 這樣做。

非線性，其實不玄乎，無非就是 不直或不經原點 (再不就是兩者兼有)。
但是，適用于電子技術的非線性，只能是 低階函數，而〖動態電阻〗所在的區段更是直線，某些元件的直線不止一道，這些直線必須是 既等距且平行的，才有實用價值，
指數曲線與對數曲線，都是實用素材，可成為電子電路傳遞函數的賦予者；另方面，動態電阻的存在，必然伴隨伏安特性的劇變，有直線就必有急彎，這個轉捩點就是〖有源區〗！
再次重申，功率電子學跟電力電子技術雖不至于兩碼事，但兩者實在是不等同，感應熔煉和家用電磁灶 (最簡單的就像玩具，只是震蕩器一個)，都是貨真價實不折不扣的電子技術，但它們都不過是吃電大戶，對供電輸電不聞不問，不涉及電力電子技術的范疇，那就只能歸屬于 功率電子工程。
作為電子元件的始祖，真空二極管的用途只是整流，是大訊號運用，閥門的性質，應該是個單向通行的理想開關，整流二極管同樣如此，但是，在門檻值附近，是二極管 (或穩壓管) 伏安特性的轉捩點，拐點 (或名膝點) 就是它，此處沒有增益，但讓兩道信息在此相互作用  可變換出原本沒有的波形，這效果，就是〖有源〗，幅度調制的方案，其中之一就是拿半導體二極管來這樣玩，真空二極管理論上也行，但有沒有人真的這樣用過就不得而知了。

線性是甚么，就是電流跟電動勢或電壓降的比例關系。
這種比例關系，是實時性及本質性的，在電源電動勢的播弄下，PN結完全是「俯仰由人」，勢壘厚度的變化，使PN結的等效電阻隨電動勢而增減，
由于等效電阻的變化，使電流跟電動勢或壓降的比例不再是常數，在直角坐標系中描出的伏安特性表現為，不通過原點，不是直線，或兩者兼有，〖非線性〗之名也許就是如此得來，
但在非線性的背景里，有一種引人注目的現像就是，在某區段中，ΔI/ΔV變化不大甚至恒定，恒定，就成為常數，動態電阻，原來就是這常數，這個動態電阻，不單可用來穩壓或恒流，而且還是衡量三極管線性優劣以至電路表現的指標。
光耦，各位大神應該見過甚至用過吧，硫化鎘光敏電阻與小電珠 (微型白熾燈) 的組合，就是元初代的光耦，把兩者並聯，就可模擬出 跟PN結正向特性近似 的非線性電阻來；PTC和NTC是溫度敏感元件，本質是普通電阻，但阻值會隨溫度而變化，給它饋以漸變波，如果電壓瞬時值的變化跟溫度變化速度相若，則會呈現類似于非線性的效果，但不應該跟非線性電阻相提并論。

地是甚么，是各處電位的參考點，是每條環路的共同歸途，另外就是作故障疏導之用。
接地，有電氣地與大地兩大種，電氣地，以電源端子(或名「軌」)為站臺，電源端子本來就是一眾環路的集散地，作為地的選圵可謂理所當然，
但是，接線柱與總線的存在，會導致公共阻抗的形成，即使阻值為零，但如果電路是高頻系統，這公共阻抗就會激起感抗，導致〖地彈〗現像，
若把接地點投放至電路板上，則還有造成接地環道的可能，接地環道對系統內外都會造成干擾，無論公共阻抗抑或接地環道，電容去耦是平息「內亂」的好辦法，但去耦電容必須繞過接地路段緊貼電路端頭才管用，
倘若電源端子接至大地，則大地亦成了電氣地，但是，大地的主要用途是，事故地，亦就是漏電時的泄放通道，可保護人體免遭電亟，也是漏電斷路器發揮作用所必須的配置，引發漏保動作的，就是由漏電所建立的勵磁電流，
在電子電路中，有一種地叫做〖交流地〗，如果能以電源端子為地，又何需「另起爐灶」呢，既名交流地，選圵自然有別于電氣地，交流地的設立，是以電氣地為樁基，在電路中安釘 (穩壓管或大容量電容) 設點而成，電位穩固程度稍遜于電氣地但足以湊合，有沒有發覺，交流地的最常用戶，往往就是三極管。

傳輸市電的架空電纜有多粗細，大家有目共睹，
40瓦熒光燈管有多粗，理應更是家喻戶曉了吧，發電機電樞與主變壓器繞組所用的線材我沒見識過，但估計不會比熒光燈管粗多了去，太粗了，別的不說，揻彎就不好搞，
40瓦熒光燈管的截面，相當于現今的一元硬幣，根據安規算個賬，你說可搭載的電流能有多大，那么，增加電壓輸出，就是提升單機功率的唯一出路，電線可以超導，有源器件想做到零電阻，估計比線材更難，更糟的是，那個非線性是有源器件的本命機制，無法以超導手段來排解，這樣，有源器件也許永遠無法實現零管耗，勢將成為開關電源發展的瓶頸！

終有那么一天，電子技術進軍強電領域，
真空管需要的電源電壓，至少超過110V，所以直接掛載于電網，
但是，整流不屬于電子技術，三極管的用場則僅限于線性放大與邏輯電路，算不上  電力電子技術，
汞弧管 (引燃管)，可理解為真空管版的可控硅，勉強算是電力電子技術的鼻祖，但是，電力電子技術是對供電與用電的深度控制，這是大功率半導體有源器件面世之后的事情了。
電氣工程及電力電子技術，有一個共同點，就是都往高(電壓)發展，相比于器物的粗細與重量，耐壓對絕緣材料的考驗算不了甚么，這就為電力傳輸的高壓化提供了空間，
不論導線還是芯片，其面積都必須跟電流適配，高壓化，可使繞組線徑及芯片面積縮小，對有源器件而言，耐壓的提升令芯片厚度的增幅不大，開關電源往高發展的，除了電壓還有頻率，頻率愈高，繞組匝數就愈少，想要高壓化就得增加匝數，這樣，能用的頻率就可更高，而且，高壓化可減小線徑，不單使繞組易于制作，還減少了線材因集膚效應的架空所造成的浪費。

功因補償與阻抗匹配，都是供求關系，
功因補償，是資源應用合理化，阻抗匹配，則是利益最大化，
功因，先是有相移功因，后來，波形的影響漸漸不可忽視，對于相移功因的概念，起初只有無功，其實，有功也會影響功因，而且是相移功因與波形功因皆被涉及，
原始的功因校正，是無功補償，方法有  集中、小組與就地 這么三種，我就納悶，如何做到「肥水不流外人田」，亦就是怎樣才能使補償電容的貯能釋放局限于指定用戶，
我想，要么以變壓器隔離，要么就是使用很長的電源線 (單個負載多用此法)，利用其電阻的壓降使電容電壓始終低于電網電壓，大概是這樣吧。
功因，是供求的比例關系，這比例沒限制，只要是固定的，功因就是1，而阻抗匹配的供求關系卻是有定的，就是必須為 二份一，亦就是負載阻抗等于電源內阻，負載壓降只有電源電動勢的一半而不是全部，阻抗不論哪種方式匹配，都是負載與電源之間的事，如有中介環節 (變壓器或傳輸線)，在匹配狀態下，中介環節不會瓜分任何電壓。

空芯線圈，空間就是唯一的磁路，所以是沒有漏磁這回事的，
漏磁的成因，是磁阻或繞組疏密的不均勻，比如，電源變壓器，磁路是完全閉合的，如果原邊繞組把鐵芯全部覆蓋，理論上就沒有漏磁了，
鐵芯開了氣隙，並不表示不會飽和，氣隙跟鐵芯是串聯的，空氣磁導率雖遠低于鐵芯但沒有極限，所以，氣隙磁密可以達至足以令鐵芯飽和的程度，
分別只是，令開氣隙鐵芯飽和所需的勵磁電流比閉合磁路大得多，勵磁電流愈大，貯能就愈多，故此，用作扼流或貯能的鐵芯線圈都會開氣隙，不過，閉合型磁路氣隙過大則電感量大幅減小，所以氣隙宜狹不宜寬，
自感沒有漏感，互感及動生模式才有漏感，直至目前為止，漏感問題仍然無法根絕，即使是環形變壓器，磁路徹底閉合，繞組也嚴絲密縫完全覆蓋，但仍不能把漏感消滅，漏感不會影響變壓器的等功率傳輸規則，但會影響短路反射阻抗，用于開關電路時，影響的就是開關管的電壓應力 (尖峰與震鈴)。

這是一個很龐大的系統，當然也包括我們所生活的方方面面，根據術業專攻不同，又可以分為很多微專業，對我來說，真正學懂其中的精髓是很困難的

電壓源與電流源，皆為自然規律所允許，但能在現實中立足的，都是電壓源，所以，這世界是以電壓源為本位的，
悖論，是不可調和的矛盾，當事物中含有悖論，自然規律就無法允許其存在，實際上是，缺陷與極限 把矛盾屏蔽了，所以，天地萬物皆有缺陷與極限，恒流源與恒流源是無法實現的，
串激發電機，可能是唯一能在現實中立足的非電壓源型電源，它有兩種負荷特性，加載時，先是 負輸出阻抗，當負載阻抗減小至某程度，才突然變為「電流源」，可這電流源實在不像話，輸出阻抗太低了，比電焊機變壓器還要差勁，
電焊變壓器跟電源變壓器或聲頻變壓器，原理一樣，用法也近似，都是帶鐵芯的線圈，差別只是，鐵芯有氣隙，還有磁分路把副邊跟原邊隔開，所以這是個 漏磁變壓器，除了焊機，在電子鎮流器還未普及的年代，漏磁變壓器也是大功率HID的伙伴。

射極跟隨器，是電子電路，包含有源器件，它的平衡有賴于 電壓串聯負反饋，
變壓器，只是一個由幾組線圈結集而成的無源元件，論性質，是個傳遞電力的換能器，論執行機制，除了電磁感應沒其他了，
在射極跟隨器中，Ib是受負載壓降反制的，負載壓降的波動不會超過Ube，這是負反饋，變壓器根本沒有負反饋機制，但負載壓降透過反射阻抗，同樣對勵磁電流起著反制的作用，
射極跟隨器與變壓器，類別不同，原理迥然，但效果表現卻是 異曲同工，都是 以負載為制導的動態平衡，看來，在博大精深的自然規律中，動態平衡無處不在，而動態平衡建立的機理也是多種多樣，並未全為人類所悉。

謝謝分享，真是有效的學習到很多知識。