1. 模拟电路概述

​ 信号是反映信息的物理量，用电流作为载体的信号，方便的储存和传递。电信号分为模拟信号和数字信号，模拟信号是连续的，数字信号是离散的。

​ 模拟信号像 旋转的水龙头 —— 你可以把水量开到 30%，31%，30.5%，几乎无限精细；
​ 数字信号像 开关 —— 只有开（1）和关（0），没有中间值。

​ 模拟电路就是用来管理和传递模拟信号的电路，涉及对于模拟信号的滤波，放大和传递，除了用到之前文章的一些器件，还要用到一些其他核心元件，例如二极管、晶体管、场效应管等。

​ 在嵌入式软件开发中，有关模拟电路的部分，主要是用晶体管和场效应管做开关电路（继电器其封装体积较大，不适合用在集成电路里），至于信号的放大，滤波等是嵌入式硬件工程师的事情。

2.1 二极管

2.1.1 二极管单向导通原理

​ 硅原子最外层有四个电子

​ 硅晶体最外层形成稳定的8电子结构，这样硅原子既不容易得到电子，也不容易失去电子，所以不导电

​ 为了让硅导电，对他进行了掺杂磷原子，磷原子最外层有5个电子

​ 把磷原子掺进硅原子中，这样它的最外层就多出一个电子，这个电子只需要获得很少的能量就能成为自由电子，因为自由电子带负电，所以称掺杂了磷的带负电的半导体为N型半导体（Negative负的）

​ 为什么带的负电：自然界里规定：电子带的是 负电荷，质子带的是 正电荷，中子不带电，所以，一旦有“多余的电子”，它们就一定是负电的。

​ 把硼原子掺进硅原子中，硼原子最外层只有 3 个电子，比硅少 1 个。
​ 当硼进入硅晶体后，它试图和 4 个邻居硅原子牵手，但手不够，只能牵 3 个，还会留下一个“缺口”。这个“缺口”就相当于少了一个电子，称为 空穴。周围的电子可能会跳过来填补这个空缺，但这样又在别的地方留下了新的“空穴”。 于是看起来就像是“空穴”在晶体中不断移动。

​ 为什么叫 P 型半导体：虽然真正运动的是电子，但从整体效果来看，就好像是这些带 正电的空穴在移动。 因此，这种主要靠空穴导电的半导体被称为 P 型半导体（P = Positive = 正）。

​ 因为自由电子带负电，所以称掺杂了磷的带负电的半导体为N型半导体，因为空穴带正电，所以称掺杂了硼的正电的半导体为P型半导体

​ P型、N型半导体结合到一起就构成了PN结，一开始，N 区的多余电子会“跑”到 P 区，和 P 区的空穴结合，随着越来越多的电子和空穴结合，PN 结交界处的电子和空穴都被“耗光”了，这样就形成一个 没有自由电子、没有空穴的区域，叫做 耗尽层 或 空间电荷区，在这个耗尽层里，N 区因为失去了电子，留下正电离子；P 区因为失去了空穴，留下负电离子。这些固定不动的电荷会产生一个 内部电场，它会阻止更多的电子继续从 N 区流向 P 区。 就像形成了一道“结界”，电子再想过去就需要克服这个电场

​ 如果从外部给 PN 结加上一个电压（正向电压，外加电源的 正极接 P 区，负极接 N 区。），外加电场可以抵消这层“结界”的阻挡，电子就能继续从 N 区流到 P 区，于是形成电流。

• 电源正极会 推走 P 区的空穴（空穴相当于正电荷 → 被正极“赶”向结区）。

• 电源负极会 推走 N 区的电子（电子带负电 → 被负极“赶”向结区）。

  于是大量电子和空穴都被推向 PN 结交界处。

  PN 结本身有一个“结界电场”，原本阻挡电子和空穴自由穿越。当外加正向电压施加上去时，它会抵消掉这个“结界电场”，让耗尽层 变得很薄。只要电压足够（硅大约 0.7 V，锗大约 0.3 V），电子就能跨过结区，与空穴复合。

• 想象 P 区是一排椅子（电子是人，空穴是空椅子）。电源正极等于一个“吸引”的力量，把人从椅子上吸走。人走了，空椅子就出现在结区方向，看起来好像椅子（空穴）在向结区移动。电源正极（接 P 区）会 吸引电子。这样，电源端附近会出现一些新的空椅子（空穴）。电源端附近的电子被吸引 → 出现空椅子。为了保持平衡，靠近结区的电子可能跳过来填补这些空椅子。结果电源端的空椅子被填满，但在靠近结区的位置又出现了新的空椅子。这样一轮一轮下来，就像是“空椅子”从电源端 逐渐传递到结区。

为什么电源负极会推走 N 区的电子，而不是吸引空穴，电源正极会推走P区的空穴，为什么不是吸引p区的电子？

• P 区有大量 空穴（因为少电子）
• N 区是“电子的天下”，里面有大量自由电子

​ 如果反过来加电（反向电压，外加电源的 正极接 N 区，负极接 P 区。），内部电场和外电场会叠加，结界更厚，几乎没有电流能流过去。

• 电源正极会吸引 N 区里的电子（电子带负电 → 被正极拉走），电子更靠近电源端，远离 PN 结。

• 电源负极会吸引 P 区里的空穴（空穴相当于正电荷 → 被负极拉走），空穴也远离 PN 结。

  这样一来，本来在 PN 结交界处的电子和空穴就被“拉开”，使得 耗尽层更宽，中间“没有可移动电荷”的区域更大。 结果就是电子和空穴都不容易穿过结区，电流基本流不动。

总结：