逻辑电路是如何通过电子元件实现的？

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嘛，先来扯PN结的事情。

不知道你们化学学没学到高一下，要不然会很难理解。

好了开始扯淡，

我们生活中常见的导体，比如说：

大多数金属以及BLABLABLA（原谅我偷懒）

生活中当然也有绝缘体

比如说，橡胶和惰性气体。

从深层次角度来说，这些物质所表现出来的性质，恰恰反映了他们的原子结构。

金属的最外层电子数较少，而绝缘体比如说惰性气体，它的最外层电子是最稳定的八电子结构。

所以很容易用感官分析出来，金属的电子相比于惰性气体而言更容易发生逃逸。

更容易逃逸的意思翻译过来就是更易于导电。

而半导体是个什么鬼呢？？

从化学结构上来看，它的最外层电子数恰恰介于导体与绝缘体之间，也就是4个。

———————————————备用知识扯淡完成————————————————

我们管纯净的半导体的话叫 本征半导体（逼格有没有，吼吼）。

如图，就是这样喽。注意，共价键中的电子是不能导电的。

（如果不知道共价键的话。。。。建议翻一番高中课本）

然而当然我们淘气的Si原子君肯定不会这么老实的。

它肯定要吸收外界的能量。于是。。。。就变成了这样。

电子挣脱了共价键的束缚，游离出去就成为了自由电子。

于此同时。。。。。剩下的空穴也不是吃干饭的，对！那玩意叫空穴。

我们很容易看到，周围的空穴吸引了旁边的电子跑了过去，周而复始，也就是说空穴在移动，对那玩意可以移动！！！

根据电中性守恒来看的话，我们可以认为空穴带正电。（代表的是核的电性）

装逼的来说，这种现象叫做 本征激发。

所以可以总结：在半导体中参与导电的是空穴和自由电子。我们统称其为 载流子！

然而这并没有什么卵用。

在室温为27摄氏度下，载流子浓度与硅原子浓度比大概为 10^-12 几乎连个鸟用都没用，更别说导电了。

于是智慧的人类开始。。。。

本征半导体————进化—————N/P型半导体。

N型半导体就这么出来了。

它其实是往本征半导体里加5价元素。人为的增大自由电子的数目。

那么P型类似就是这样的。往本征半导体里加3价元素。人为的增大空穴的数目。

当然我们知道半导体中，自由电子与空穴的数目是处于动态平衡状态的。那么往本征半导体里加了那么多奇奇怪怪的东西势必破坏了原有的平衡。有多出来 的就有少的，而相比另一部分远远多出来的我们称其为多子，少的我们叫少子。

也就是说对于N型，自由电子是多子，而空穴是少子。

P型的话，空穴是多子，自由电子是少子。

——————————————载流子运动原则——————————————————————

如果你觉得载流子一加电就会跑的话，只能说图样图森破啦。

载流子在不加电的情况下其实也会跑——————只要有浓度差，载流子会从高浓度扩散到低浓度。

前者我们起个闺名叫 漂移电流，后者我们取名为 扩散电流。

而事实上，正是因为这种方式，才造就了PN结的单向导电特性！

————————————————PN结拉出来走两步——————————————————

PN结登场。。。。

我们可以举个例子，假如说P型是某师范大学，嗯你懂得，妹子是多子。

N型是某理工大学，汉子是多子。

我们以诸位性取向正常为前提进行推导。

假如说逻辑电路，把理工大学开到了师范大学的对门，或者把师范大学开到了理工大学的对门。

嗯，由于某种目的，嗯，在非正常学习时间，这两个学校的多子都要干什么？？？？？

于是乎上图很好的解释了这种现象。串门呗！（其实是各自半导体的多子不同导致巨大的浓度差）

当然自由电子与空穴的汇合并不是一场爱情。感觉更像是，约。。。卧槽，邪恶了。

当然那个啥不得需要地方嘛，不是。

于是他们汇合了，手牵着手的，嗯逻辑电路，那个啥去了。。。。

我们可以发现，干柴烈火的多子之间的碰撞导致了中间的部分，如图。

平衡电荷的多子们都去合体而失去了电性，也自然没办法平衡这一部分的电中性。于是在这一区域出现了内建电场，其电势关系如图。

而这一电场恰恰是阻止两边的多子进行扩散。

此时半导体进入动态平衡状态。

也就是我上面所说的双重作用导致了单向导电。

（需要高二上的物理知识）

（当然其实是复杂的动态平衡问题，这块简化为只考虑多子）

将上述PN结封装，P作为+级，N作为-级，就是一个二极管。

当给二极管正级加高电位，负极加低电位时，我们可以发现

当外加的电场足够强大时，就可以摧毁PN结内部电场（简单粗暴是这么讲），刚才被抑制的多子的扩散运动加强，形成了正向电流。

当加反向电压时，电场区域增大（我们管该区域叫耗尽区），直观的扯淡来说，就是抑制了多子的扩散作用，而加剧了少子的漂移作用。

只不过少子很少，可以近似为没有电流。

————————————————最后水一发————————————————————

二极管原理是说完了。。。。。

本人纯小渣，无工程实践，无高端科研，讲点入门的。。。希望后来的各位给予指正

这就是一个非常简化的与门。

分析这个问题，需要把握一个原则。。。。就是压差大的导通

先拿掉二极管分析

U0端处于高压状态。根据以上原则，就是两个信号输入端哪个为低电平，哪个导通，另外一个不导通。翻译过来，两个都是高电平，u0才会是高电平，否则期中一个导通就把电位拉成低电位了。

于是我们可以发现这其实是个与门。

先写到这里咯。好累。。。。。

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