电子工学

区分导体、绝缘体与半导体的，是满价带与空导带之间的带隙。亲手放大、缩小间隙，看自由载流子数如何随 exp(-Eg/2kT) 变化。

五价施主使电子为多数，三价受主使空穴为多数。切换中央原子，看杂质价电子数如何决定多数载流子、晶体如何保持中性。

载流子靠电场推动的漂移与浓度差扩散的扩散移动。分别单独打开两种机制，看全电流 J = qnμE + qD(dn/dx) 如何凑齐。

把 n 型与 p 型贴合，多数载流子靠扩散越界，固定掺杂离子显露，立起耗尽层与内建电位势垒。逐步观察漂移如何抵消扩散、达到净电流为零的平衡。

给 pn 结加电压，只单向导通。把偏置从反向扫到正向，看正向电流指数式暴增、反向被阻断的整流基础。

用一个单向阀门改变信号形状。亲手降低门限削去波峰（钳幅），再随串联电容把波形整体移动（钳位），看同一原理的两种用法。

齐纳二极管故意工作在反向击穿。升高输入电压，看过了击穿电压 Vz 后输出不再跟随、固定在 Vz 的稳压。

四只二极管把交流连负半周也向上折起，实现全波整流。逐步增大平滑电容，看起伏的脉动如何被整成近乎平稳的直流。

BJT 是夹着薄基区的两个 pn 结。升高基极电流，看发射极注入的载流子穿越薄基区被扫入集电极，小的基极电流如何控制 β 倍大的集电极电流。

放大之前，把晶体管停在负载线上的一点。改变偏置移动工作点 Q，看在 Vce 为 Vcc 之半的中央，信号摆动余地最大。

对工作点周围的小信号，晶体管是线性的。减小信号幅度，看指数曲线看似直线、得到 ic = gm vbe，晶体管化为 rπ 与电流源的小信号模型。

把小信号模型放入电路，首次造出电压增益。增大集电极电阻，看信号电流在 Rc 上变成电压，输出涨到输入的 -gm Rc 倍并反相。

放大器置于源与负载之间。改变负载电阻，看输入阻抗 rπ 与输出阻抗 Rc 构成分压与并联，使实际增益 Av = -gm (Rc || RL) 低于无负载值。

MOSFET 用加在栅极的电压而非电流打开沟道。升高栅极电压，看绝缘栅使输入阻抗极大，且 Vgs 越过阈值 Vth 的瞬间，连接源与漏的沟道出现。

沟道形成后，电流由漏极电压 Vds 分野。升高 Vds，看它分为小 Vds 的线性（电阻）区，与 Vds 超过过驱动、沟道夹断的饱和（电流源）区。

在饱和工作点周围，MOSFET 是线性的。移动过驱动，看平方曲线切线斜率 gm = k Vov = √(2k Id) 与 BJT 不同、只随电流平方根增长，且绝缘栅使输入开路。

把 MOSFET 小信号模型放入电路造出电压增益。增大漏极电阻，看输出按 -gm Rd 反相、与共射同形，而绝缘栅使输入阻抗近乎无穷大。

看由 NMOS 与 PMOS 互补成对的 CMOS 反相器。扫动输入电压，看输出干净反相、而任何稳定态一方关断、静态功耗几乎为零的缘由。

看运放的输入级——差动放大级。拉开两输入之差，看共享尾电流偏向一侧产生差动输出 vod=Ad vdiff，而共模信号因和恒定被抑制（CMRR）。

真实运放的增益既非无穷也非平坦。降低闭环增益，看让出多少增益带宽就拓宽多少，其乘积 GBW=Acl·fc 作为单位增益频率始终恒定。

若 GBW 是小信号极限，大信号有压摆率这堵墙。升高输入频率，看输出无法快于 SR=Imax/C 变化、正弦扭曲成三角，再加电源轨钳幅的大信号极限。

看把电容随频率变化的阻抗与运放结合的有源滤波器。扫动输入频率，看截止 fc=1/(2πRC) 之下通过、之上以 -20 dB/dec 阻断，运放加上增益与缓冲。

理想开关导通时电压为零、断开时电流为零，所以几乎不耗功率。扫动变换比，看与把差额烧成热的线性方式（η=Vout/Vin）不同，把输入斩波再用 LC 取平均的开关方式（Vout=D·Vin）如何不论变换比都把效率维持得很高。

功率 MOSFET 是 F1 的理想开关，却有两种损耗。扫动开关频率，看与频率无关的导通损耗（P_cond=I²Ron·D）与正比于频率的开关损耗（P_sw=½VI·tsw·fsw）如何定下效率的天花板与发热，以及为何追逐更低 Ron、更快转换的器件（GaN、SiC）。