一、半導體與PN結

首先了解半導體的一些特性：

1. 半導體的導電特性：

半導體一般是指基於元素週期表中第IV主族元素物質製作的介於導體和絕緣體之間的物質，比如碳、硅、鍺等。
半導體導電特性是基於空穴-電子對的運動，從而產生電流。
空穴：電子流失後留下的空位，把它看成一類導電物質，帶正電；
電子：電子的單向運動產生反向電流，帶負電。
溫度升高空穴-電子對的運動強度增大，因此導電能力也就增強。

2. PN結

N型半導體（Negative）：參入五價元素，與四價元素形成共價鍵後剩餘一個電子，整體帶負電。
P型半導體（Positive）：參入三價元素，與四價元素形成共價鍵後剩餘一個空穴，整體帶正電。
PN結：將P型半導體和N型半導體組合後形成PN結，也就是常見的二極管基本結構。
對PN結的P區加正電壓，N區加正電壓。P區的空穴向N去移動，N區的電子向P區移動，這樣就形成了由P向N的電流。

3.二極管

一般選型二極管可能需要關注的參數有：最大整流電流I_F，最高反向工作電壓U_R，反向電流I_R，最高工作頻率f_M等。
對PN結施加反向電壓的應用場景是穩壓二極管。

二、三極管與放大電路

1. 三極管(Bipolar Junction Transistor)

按照各類書籍，基本按照NPN型爲例進行分析，本文也會依照NPN模型的路徑進行分析，但儘量結合兩類三極管的異同點。結構如下:

日常使用過程中我們更加關注的應該是如下的符號：

關於記憶NPN和PNP的符號，我的方法是箭頭總指向N型半導體，而實際上也和正常使用情況下電流流向一致，即P->N。

接下來，對於NPN型三極管，最基本的一個共射極放大電路如下：

基於上述的電路可以深入瞭解三極管爲什麼可以用於放大，爲什麼也可以用於開關。
首先，V_BB和V_CC是直流供電電源，大小不一定相等。△u₁是交流信號。基極-發射極迴路稱爲輸入迴路，集電極-發射極迴路稱爲輸出迴路。迴路中的電流是直流和交流信號的疊加。R_c是負載。

其次，放大係數公式可以寫成 $\beta=\frac{\bigtriangleup i_C}{\bigtriangleup i_B}\approx\frac{I_c}{I_b}$ （式中，約等於的誤差來自三極管中的壓降，此處不做詳細分析，可以參考模擬電路書籍）。放大係數中的電流I_c和I_b實際設計中可以在b極和c極用電阻進行控制，這樣便可以設計放大電路了。

再者，三極管工作狀態有三種：

放大狀態：發射結正向偏置，集電結反向偏置。正向偏置即電壓方向是P->N。
飽和狀態：發射結和集電結都正向偏置。
截止狀態：基極電流爲零。

最後，輸入特性曲線和輸出特性曲線分別描述了電壓電流關係。

當U_CE確定時，集電結與發射結電壓確定，可以分析i_B和u_BE的關係。這就是輸入特性曲線，主要分析的是輸入迴路的電路。
當i_B一定時，基極電流確定，可以分析集電極電流i_C和管壓降U_CE之間的關係。

2.放大電路

根據以上三種工作狀態，如果是設計放大電路，則工作狀態一定是放大狀態。而設計開關電路，則工作狀態在飽和狀態和截止狀態之間切換。放大電路的設計重點就在於如何讓三極管工作在放大狀態。
上文有提到放大係數是 $\beta=\frac{\bigtriangleup i_C}{\bigtriangleup i_B}\approx\frac{I_c}{I_b}$ 。放大狀態的條件是發射結正向偏置，集電結反向偏置。

首先如何保證發射結正偏集電結反偏？
答案就是三極管形成的直流回路要滿足：U_CE≥0且U_CB≥0且 U_BE≥0。而這在模電當中稱爲設置靜態工作點（Quiescent）包含參數：I_BQ、I_CQ、U_BEQ、U_CEQ，而一般會把U_BEQ當成已知量，硅管0.7V，鍺管0.2V。按照如下圖的模型，設置V_CC＞V_BB即可實現：
設計時如何控制放大係數？
主要在於控制I_c和I_b的值，主要通過控制R_c和R_b1的值，由於供電電源在一個系統中通常只有一種等級的電壓，所以通過R_b2來控制基極的電流。常見應用如下：

關於三極管放大電路的分析設計，可以參考模電書籍，比如圖解法，等效電路分析法等。其他共基、共集放大電路：

將三類基本放大電路通過三類耦合方式（直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合）就可以形成多級放大電路。而爲了減小溫度引起的半導體導電性問題，即溫漂問題，採用如下差分放大電路，運用雙邊共同變化的思路解決溫漂問題：

三、三極管的開關作用

1.開關作用的工作模式

根據上面提到的內容，三極管的開關作用是指飽和區和截止區的交換過程。而有一種特殊狀態是U_BC=0，即集電極和發射極的電壓差爲0，這種狀態稱爲臨界飽和或臨界放大。對於開關作用的三極管一般可以設計成這種工作狀態。

2.開關電路的設計

設計原理：
飽和區：發射結和集電結都正向偏置。
截止區：基極電流爲0。
結合上述的內容，只要滿足U_BC=0即可。下圖中R_b=R_c，V_BB=V_CC，則形成了一個開關電路。數字電路中通過操作V_BB的0和1狀態即可實現開關。
針對NPN三極管
這種三極管作爲開關管，一般設計方式有兩種：

上述這種方式下，當I/O端的電壓等於VCC後，三極管導通；當I/O端電壓等於0後，三極管截止。但由於三極管PN結的壓降，以及負載R2和LED的壓降，會導致基極電流i_B受到較大影響，可能會引起不能導通的現象，所以實際應用一般採用如下的一種方式：
針對PNP三極管
PNP三極管的應用也有兩種模型：

和NPN的原理類似，此種情況下，當I/O電壓在0V時，三極管導通；當I/O電壓等於VCC時，三極管截止。但此時i_B的值由發射極決定，所以如果負載R2和LED壓降過大，則i_B很小，可能不能導通三極管。以下是日常設計中常用的方式：
總體來說，一般在用三極管設計控制電路時，負載都與集電極一側相連。