三极管饱和（二）

　　

　　本图片来自于＜模拟集成电路的分析与设计＞，用来表现三极管饱和时的carriers的分布。但此图没有按实际比例画
　　可以发现，在基区右侧的电子浓度高于0。而管子在放大时，电子到达该边界，立刻被反偏的电场拉到集电极了，所以，这个边缘的电子浓度在管子放大时为0。可见，管子进入饱和后，不仅这个边界的电子浓度提高，总的浓度也提高了（发射结电压不变，左侧浓度不变，基区左侧的电子浓度不变，表示电子浓度的曲线所覆盖的面积增加）。所以，作为开关管时，在由饱和到关断，有一个延时，来让基区的电子复合。一般电路中，如在开关电源中的开关管，要有一个加速电路来消耗这些电荷，进而来提高开关速度。
　　在饱和时，由于集电结是正偏的，那么电子就要克服电场的作用，从基区扩散到集电区。但从图中看，基区的电子浓度小于集电区的电子浓度的？此是疑问一
　　既然电场是正偏，那么就要有空穴漂移到集电区，那么这些空穴哪去了呢？肯定没有出去，不然不是就有从集电结到电源的电流了吗？这是疑问二？我们可以说这个正偏的电压很小，空穴的电流很小，但电子电流怎么解释呢？
　　我是这样认为的：
　　集电结正偏，有空穴进入集电区，但很快在这里复合了。而用来复合的电子，最终也还是从基区扩散来的电子（当然这些电子最初还是由发射极提供的）。所以，这些空穴跑了这么远，还是没有逃过被电子复合的命运，和那些在基区就被复合掉的空穴是一样的，表面上看，或者说是宏观上看，没有什么分别！所以，我们不防假设，空穴全是在基区被复合了，就没有一个能跑出来的。这应该是平时不考虑空穴能够到达集电区的原因吧。
　　表面上看，集电区边缘的电子浓度高于基区上的，那么电子怎么会从低浓度扩散到高浓度呢？对于这个问题：
　　首先，假设管子处于饱和状态，但还没有任何负载（注意，只是假设，这种状态？），也就是没有外电路可以拉走集电区的电子，那么，集电区的电子和基区电子浓度，必然存在两个确定的值，以达到动态平衡。但，负载是要拉走集电区的电子的，也就是在集电区是有一个电场的，集电区中的电子全部受到这个电场的作用，也就很少有电子能够向基区扩散了。既然边界上的电子要不断供应负载，那么前面假设的平衡被打破，集电极边界上的浓度小于了那个确定的浓度，那么扩散的总体表现就是从基区到集电区了。而基区的电子浓度是由发射区供应的。注意，在发射极边缘的电子浓度高于集电极边缘的电子浓度。　
　　正因为要不断地供应负载，所以集电结边界处才会有从低浓度向高浓度扩散的假象。
　　为表述方便，可能有些地方很是随意！请批评指正！
　　在此也盼有更严格和合理的解释！欢迎讨论

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准备复出

　　最近总有一种感触：时间是用年计算的！

　　毕业已经一年了。

　　不敢说自己已经由幼稚走向了成熟，但至少自己比一年前成熟了许多。一年来，经历了许多。很喜欢一个初中同学在QQ里的个性签名，放在这里，来表达一下我自己：

　　有过欢喜有过泪水有过委屈有过欣慰也曾失落也曾彷徨但从未绝望也曾迷茫也曾沮丧但依然保有青春的飞扬

　　一年来，学到了许多的东西。但一直没有办法准确表达。有时，是因为自己感觉那些东西太普通，有时是因为自己的理解还有限。以我现在的水平，我还没有能力写一些高深的技术知识，但我想，只要写出来，就会有意义，尤其对学生或者对刚毕业的人。

　　“事事洞明皆学问”，许多有实际意义的知识就藏匿在一些细节里，甚至是一些让人认为是浅显的细节里。所以，我自己会把自己的这些发现慢慢整理出来。同时，希望到这里的朋友，可以提供一些问题，不必太高深，只要是大家在学习的时候容易放过，容易忽视的问题。举个例子：RS触发器的不定态是什么意思？　对于这个问题，我们查过许多书，最后发现清华的那本最普及的教材的解释是错误的。

　　除了你自己，没有人是你长期的竞争对手！同一切可以合作的人合作！让自己快速提高！我认为这才是胜过对手的最好方法。而要学习别人的东西，要“取”，首选要学会“与”。

　　我的工作和IC有关，主要是模拟的东西。电路，版图、开关电源等是我比较感兴趣的东西。希望大家多多交流。

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三极管饱和

    很多模拟电路书中都会详细的讲三极管饱和的概念和过程。但真要透彻理解，还是要一个过程吧。每一次应用后，都会感觉自己的理解又有了一个提高。希望今天能把自己的理解准确地表达出来

    首选我用PSPICE画了这个图。大家可以先注意一下这个电阻，10K。如果流过接近0.5mA的话，管子就饱和了。我认为理解饱和，就先从这个电阻开始。实际应用中，即使不是电阻，也是有源负载，它的电阻值是很大的。

    三极管正常放大时，集电极电流是基极电流的B倍放大。但当Ib再增加时，Ic的增加就会导致R1上的分压增加，Q1的集电极电位迅速下降，直到Vce很小，Vbe正偏，达到饱和。饱和后Ic也就不再是Ib的B倍了，而是小于B倍。

    再从三极管结构来讲：NPN管，当发射极的电子注入(有正向的Vbe)基区，再扩散到集电结边缘。放大区工作时，反偏的电压会把边缘的电子立刻吸引到集电极。当电流逐渐增加，反偏电压就会逐渐减小了。当Ic大到使Vcb为0时，管子进入饱和，就不再有电场吸引这些结边缘的电子了，电子只能是扩散到集电极。当Ic再增加时，Vbc就正偏了，会阻碍电子扩散了，但因为基区电子浓度太大了，所以能够满足Ic。同时也是因为基区电子浓度大，在数字电路中，转换管子状态时，速度会很慢。

     CE间最主要电阻为集电极电阻，Vce的饱和压降也就近似为这个电阻ro与R1的分压。ro比R1小得多，所以这个分压基本上是0.3V附近。

    我以前理解饱和总是从器件内部去想，去理解电子怎么运动，电场怎么形成，而忽略了外围的电路。

    不管对饱和的定义如何：可以是两个结电压都正偏；也可以是Ic小于Ib的B倍；或者是Ic不再随Ib的增加而增加；甚至于Ib不变，Ic会减小等，归结到一点，我认为都是因为负载分压的变化引起的。然后才是去分析器件内部电压、电子浓度、浓度梯度的变化

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PN结电容

    PN结电容分为两部分，势垒电容和扩散电容。

    PN结交界处存在势垒区。结两端电压变化引起积累在此区域的电荷数量的改变，从而显现电容效应。

    当所加的正向电压升高时，多子(N区的电子、P区的空穴)进入耗尽区，相当于对电容充电。当正向电压减小时，又会有电子、空穴从耗尽区分别流入N区、P区，相当于电容放电。加反向电压升高时，一方面会使耗尽区变宽，会使P区的空穴进一步远离耗尽区，也相当于对电容的放电。加反向电压减少时，就是P区的空穴、N区的电子向耗尽区流，使耗尽区变窄，相当于充电。

    PN结电容算法与平板电容相似，只是宽度会随电压变化。

    下面再看扩散电容。

    PN结势垒电容主要研究的是多子，是由多子数量的变化引起电容的变化。而扩散电容研究的是少子。

   在PN结反向偏置时，少子数量很少，电容效应很少，也就可以不考虑了。在正向偏置时，P区中的电子，N区中的空穴，会伴着远离势垒区，数量逐渐减少。即离结近处，少子数量多，离结远处，少子的数量少，有一定的浓度梯度。

    正向电压增加时，N区将有更多的电子扩散到P区，也就是P区中的少子----电子浓度、浓度梯度增加。同理，正向电压增加时，N区中的少子---空穴的浓度、浓度梯度也要增加。相反，正向电压降低时，少子浓度就要减少。从而表现了电容的特性。

    PN结反向偏置时电阻大，电容小，主要为势垒电容。正向偏置时，电容大，取决于扩散电容，电阻小。

    频率越高，电容效应越显著。

    在集成电路中，一般利用PN结的势垒电容，即让PN结反偏，只是改变电压的大小，而不改变极性。

    不好意思，PN结电容与MOS电容相比，有什么优点，还没有查到，自己也还没有想出来。所以先把自己弄清楚了的这些内容整理下，也希望自己在整理的过程中能有新的发现。最近几天，我会继续查集成电路电容的一些东西，会把我认为好的内容尽量补全的。当然，如果哪位明白，指点一下，更是感激。错误与不妥之处，请多批评指正。

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MPW简介（转）

 　　集成电路是电子工业的基础，以集成电路为基础的电子信息产业的发展，对国民经济的发展、对产业技术创新能力的提高及对现代国防建设都具有极其重要的作用。集成电路设计业则是集成电路产业链中的核心产业。制约集成电路产业发展的两个重要因素就是设计人才的缺乏和相对昂贵的芯片试制费用。MPW就是将多个具有相同工艺的集成电路设计放在同一圆片上流片，按面积分担流片费用，以降低开发成本和新产品开发风险，降低中小集成电路设计企业在起步时的门槛，降低单次实验流片造成的资源严重浪费。同时MPW加工服务可以降低人才培养的成本和该领域科研工作的成本。

　　下图是其MPW服务的一个示例，图中右下角的圆型是一个完整的6晶圆，用方框标出的矩形部分为MPW加工服务机构拼接后得到的中间数据，方框中的小矩形为不同设计公司设计的不同芯片。方框内部放大后如图1的上半部分所示。图中左下角是封装后的集成电路芯片。实际加工时是将拼接后的矩形作为一个（虚拟）芯片，再进行流片制造。按照集成电路加工线的要求，通常一次加工必须制造一定数量的wafer（通常大于5片），因此一次MPW加工可以提供给设计公司足够多数量的样片。

　　一般情况下，MPW加工服务中心的职能如下图所示。不同的设计单位在自己的设计环境下，得到集成电路的最终（版图）描述，通常是以GDSII格式或者CIF格式描述。在MPW服务中心将多个集成电路设计合并成一个规则的面积较大的图形，MPW加工服务中心将这个合并后的图形送到集成电路代加工线，由代加工线制成掩模版后进行芯片制造；由专门的测试机构或者MPW服务中心进行划片（切割）、测试，最后由MPW服务中心交还原来的集成电路设计单位。

　　实际运作中，根据集成电路代加工线和集成电路设计单位的不同要求，MPW服务中心的职能可能与图中不完全相同。例如，采用韩国东部电子的0.25/0.18微米CMOS工艺，集成电路电路设计单位不需要将设计数据交到MPW加工服务中心，而是直接提交设计数据到韩国东部电子，由韩国东部电子自行完成图形的拼接。这种情况下MPW服务中心的职能只是代替韩国东部电子进行技术服务。

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PWM基本原理

  　PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
　　PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆　变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
　1 PWM控制的基本原理
　理论基础：
　　　冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。

         　　　　　图1　形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
面积等效原理：
　　分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。

　　　　　　　　图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形
　　用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。

　　　　　　　图3 用PWM波代替正弦半波
　　要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
PWM电流波： 电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。
PWM波形可等效的各种波形：
直流斩波电路：等效直流波形
SPWM波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。

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