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电子工程师刚开始工作后,都会面临的几个问题,别再傻傻分不清了!

 FY飞月 2020-05-30

作为电子工程师的我们在刚刚开始工作的时候,或者在刚刚学会电路设计的时候,一般都会面临一下几个问题:

1. 电路符号傻傻分不清:主要是两大类的器件会让大家无从下手,老是觉得云里雾里,不知所云,一类是晶体管,一类是功率半导体器件。


A. 我们常说的晶体管主要指的是BJT/MOSFET/JFET,针对于晶体管而言:


(1) 首先BJT和场效应晶体管非常好分别,因为这两者的工作原理完全不同,BJT是电流驱动电流型,而场效应晶体管则是电压驱动电流,且其基于场效应的原理构建通道来完成其相应的功能,所以其电路符号差别很大,非常好分别。

  

(2) 但是针对于场效应晶体管,其向来是我们晶体管里面的'刺头',或者是我们晶体管里面'另类',老是爱为难我们,场效应晶体管其本身首先有两大类,一类MOSFET,一类是JFET。而MOSFET又有两大类,一类是耗尽型,一类是增强型。而不管是MOSFET还是JFET其又有N 通道和P 通道型,这一切使得场效应晶体管变得迷离复杂。

(3) 其实大家不用慌,我们的电路符号设计的非常巧妙,其神还原的表达了该器件的原理,之所以大家对场效应晶体管其电路符号感到困惑,主要原因还是大家对晶体管的结构原理不熟悉,我刚刚入行电子行业的时候,没少受大牛挤兑,但我脸皮厚,只要大牛肯倾囊相授,我任尔随便谩骂。后来我自己经过系统的学习了微电子,还做了老白版本的8位MCU的版图设计以及流片,慢慢地对于晶体管变得非常熟悉,等我真正明白其场效应晶体管的机制之后,我才越发发现其电路符号设计的巧妙。

(4) 那么我们到底该如何识别场效应晶体管呢?

首先,我们观察电路符号器其通道在原始状态下是否建立,什么意思呢?意思是大家观察场效应晶体管的S极和D极之间其是虚线还是实线,虚线代表其在原始状态下无通道建立,而实线表示其在原始状态下有通道建立。

如果无通道建立,这个最好分别它肯定是MOSFET而且是MOSFET里面的增强型,为什么?因为MOSFET里面的耗尽型和JFET其在原始状态下都是有通道构建的,所以这两者其在D和S极之间是实线。

那么如果是虚线,则有可能是JFET也有可能是耗尽型MOSFET,那么这两者之间又该如何区别呢?这就要归结于MOSFET和JFET其本质原理的不同,MOSFET是通过SiO2这一氧化绝缘层模拟电容效应构建电场来形成通道,而JFET则是控制PN耗尽层的宽度来实现其通道的变化,其也就是说MOSFET其G和S极两者是隔离的,而JFET其G和S级两者是不隔离且构建成了PN结,那么PN我们就可以认为其是一个二极管,所以在MOSFET处其G和S极其实隔离的,而JFET其G和S极之间是个类似于二极管一样的符号,通过这样我么就可以区分什么是MOSFET什么是JFET了。

(5) 通过上面的方法,我们区别了MOSFET与JFET,但是我们现在还存在一个问题就是:我们不知道其到底是N通道还是P通道,这个怎么区分呢?

非常简单,对于MOSFET其N通道的构建栅极处需要吸电子上去,P通道其构建是排斥电子吸引空穴上去,所以只要观察栅极处其箭头的方向即可,栅极处箭头方向表示了电子的运动方向,所以针对于N 通道其箭头是指向于栅极的,P通道其箭头方向则是远离栅极的,如此N通道和P通道就可以轻易区别。

那么JFET呢?针对于JFET而言,其通道是通过控制PN结的反偏程度来控制通道的宽窄的,所以重点是PN结,在JFET其箭头方向表示了栅极G和S极之间其PN结的正偏方向,如果是N通道,则意味着S和D其都是N型半导体,而栅极G则是P型半导体,这也就意味着如果我们要正偏则应该是栅极G指向源极S极,即箭头是原理栅极的,这个看起来跟我们的MOSFET刚好相反的,而P通道的JFET由于其通道是P通道,就意味着S极和D极是P型半导体,而栅极是N型半导体,如果要正偏的话,则箭头应该指向栅极G的,这根MOSFET也是相反的,如此就很容易的将场效应晶体管其电路符号快速区别出来。


B. 功率半导体器件:当我们在学习半导体功率器件的时候,我们会经常困惑。


困惑什么呢?困惑我们经常听到shockley二极管和二极管到底有什么区别,既然都是二极管为什么两者电路符号为什么会差别这么大?而我们的SCR其和shockley二极管两者长得非常像,两者的电路符号为什么也差别这么大,但是SCR和二极管看起来有点像,为什么会这么错综复杂呢?另外我们的PUT和SCR更加相似,只不过是PUT其栅极连接到了阳极而SCR其栅极连接到了阴极,其他方面SCR和PUT几乎一模一样。而TRIAC和DIAC其两者从结构上类似于shockley二极管与SCR之间的关系,所以首先TRIAC和DIAC其两者电路符号非常相似,但是与此同时呢,TRIAC和SCR又非常相似,这一切就更使得我们的功率半导体器件显得神秘错综。

(1) 我们首先来分析shockley二极管和普通二极管两者导体有什么区别?首先既然两者都是二极管,其特性类似,也就是伏安特性曲线类似,但是只是类似。两者结构差异非常巨大,普通的二极管是二层半导体器件,即P-N架构,而shockley二极管则是四层半导体器件,其架构是P-N-P-N结构,所以普通二极管说白了其实就是一个PN结,而shockley二极管则是3个PN结构成,所以针对于shockley二极管而言,其不管是正偏还是反偏其都在有的PN结正偏,有的PN结反偏,这就意味着,如果shockley二极管要整个导通,必然要使得其中的PN反向雪崩导通,而正因为不管怎么样,shockley二极管总是存在其中一个PN结是反偏的,所以看起来有点像半导通半截止的状态,所以其电路符号看起来就像一个只导通了一半的二极管,所以这也就是shockley二极管其电路符号为什么要这样表示的原因。

(2) 然后shockley二极管和SCR两者从结构非常像,只不过是SCR在shockley二极管的基础上增加了一个栅极触发信号,所以SCR其和shockley二极管其在工作特性应该有某种相似性,事实上也确实如此,那么既然如此我SCR其电路符号应该是在shockley二极管的基础上增加才对,但事实上并没有,SCR其是在二极管的电路符号的基础上增加了栅极触发信号,这就奇哉怪也,很多人也会感到很纳闷,其实是这样子的,首先我们前辈们为了区分普通二极管和shockley二极管,所以电路符号上必须要改变,不然两个一模一样,我们如何区别呢?而SCR和shockley从本质上而言,其其实是个开关器件,其特性和Diode非常相似,而SCR本身相对来说又是一个刚刚开始的时候比较难理解的器件,为了让大家铭记或者说让大家知道SCR其本质其实是个开关,所以我们的前辈也是为我们操碎了心呐。

(3) PUT大家可能不太熟悉,但是一般我们去商场坐的电梯等其内部电路一般都是PUT+SCR两者共同作用去构建相关功能的电路,其实PUT和SCR首先在结构上非常相似,只不过其触发信号放置的位置不同,首先PUT和SCR其都是四层半导体器件,P-N-P-N架构,然后PUT其触发信号放置在了靠近阳极的位置而SCR其触发信号栅极放在了靠近阴极的位置,那么不管是PUT还是SCR其两者本质上来说作用都是一样的,都是向其输入一触发信号然后让整个器件快速进入一种正向反馈的自锁状态,由于PUT其触发信号放置在靠近阳极的PN结处,所以其连接在了N型半导体,而SCR其触发信号则连接在了P型半导体,而触发触发其就是使得PN结正偏导通,所以由于PUT触发连接了N型半导体,而SCR触发连接了P型半导体,两者其特性也在某这程度上来说刚好相反,而其电路符号自然除了触发信号的靠近的位置不同以外,其他必然一模一样。

(4) TRIAC和DIAC其关系有如SCR与shockley二极管的关系,只不过DIAC相当于是两个shockley二极管背靠背,而TRIAC相当于是两个SCR背靠背。所以DIAC和TRIAC其本质上是5层半导体器件,只有5层半导体器件才能构成两个四层半导体器件背靠背,即其中有3个半导体层是重叠的。如此一来大家只要搞明白了SCR和shockley二极管的工作机制,那么DIAC和TRIAC也就迎刃而解,无非就是DIAC和TRIAC可以在双方向工作,而shockley二极管则只是在单方向工作,所以我们可以大胆猜测DIAC其电路符号是两个shockley二极管的电路符号背靠背,而TRIAC其电路符号是两个SCR的电路符号背靠背放在一起。事实上针对于TRIAC其确实如此,针对于DIAC则并非如此,他用两个普通二极管代替了shockley二极管然后背靠背的连接在了一起,之所以这样做也是前辈为了我们铭记DIAC的重要作用其实仍然是开关,让大家牢记其本质而言DIAC是AC switch而已,再一次前辈为我们操碎了心。

(5) 我当年刚刚接触使用功率半导体器件的时候经常也是傻傻分不清,我老大也是为了我操碎了心,当时我们每天不停探讨探讨探讨,最终老大不胜其烦,而我也终于顿悟,其实大家刚刚开始学习半导体功率器件的时候也不要担心,电路符号分不清,电路设计不知道该从何下手,这些都不要慌,基于我走过的那些坑关于半导体功率器件,我做了一个非常详尽的一个课程,当然我们这个课程也坚持老白一贯的风格,既系统又实战,我毫不谦虚的说,大家学习完成了该课程之后,妈妈再也不用担心我的功率器件如何进行电路设计了。

推荐给大家学习这套《每天20分钟!深入学会半导体功率器件应用设计》众筹课程,共计80个课时学习 ,以应用电路实战+半导体基础理论作为依据,手把手教会大家一整套系统、结构化思维的功率半导体器件知识体系、学习框架。

为了让大家既得到鱼又得到渔,一方面,课程会对半导体功率器件其相关技术点进行详细讲解,另一方面会结合实战项目,让大家看到其在整个产品设计过程中应该如何思考使用,也就是更多的让大家看到一种设计思维。



这套课程主要讲解哪些知识点?



1. 首先,课程会从一个宏观的角度切入分析整个半导体开关器件:有两层半导体开关器件,诸如Diode;有三层半导体开关器件诸如:BJT, MOS, JFET等;有四层半导体PNPN等开关器件这也是我们这次众筹课程的主角,即半导体功率器件诸如SCR,TRIAC等;当然我们所涉及的半导体功率器件不止如此,除了四层半导体半导体功率器件,我们还有其他功率器件诸如IGBT,UJT,PUT等我们都会进行详细分析;

2. 然后,课程会进行微观的分析:我们会从每一个深入进去一一讲解。针对任何一个半导体功率半导体器件,诸如SCR我们会从其基本结构,符号,封装,工作原理图,伏安特性曲线,特性参数,数据手册,常见的应用电路,设计仿真等等方面去展开,不过我们每一个器件是按照正常的学习路径展开即工作原理-->特性参数-->应用电路这样的逻辑展开每一个半导体功率器件的课程。



这次课程有哪些亮点?



1. 课程以实战+完整的理论相结合体系,既授人以鱼(基础知识)又授人以渔(技能方法);

2. 这次众筹课程中坚持一贯的风格,首先会将半导体功率器件的理论知识,以及在具体的产品设计过程中的考量,都会非常详细的分享出来


3. 在整个讲解过程中,依然会以结构化思维贯穿始终,让大家在学习过程中慢慢培养工程师的工作思维;


4. 功率半导体器件和其他半导体器件如二极管,BJT,MOS,JFET等进行对比分析,让大家也同时学会一种学习方法:对比分析法。另外,进一步帮助大家构建完整的半导体知识体系。



课程适合学习人群



即将毕业的大学生/刚入行的电子工程师,硬件工程师,工作经验在5年以内的电子工程师,硬件工程师。



课程大纲介绍+详细课程目录





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