这是stm32 5V兼容IO端口位的基本结构图,里面提到了推挽和开漏电路。文档出处是STM32 Reference Manual(RM008)(网址太长,附在文末),意法半导体中国投资公司,MCU技术支持组翻译的。为了更好地理解端口的电路特性,我觉得有必要好好复习一下很多年前学习的模拟电路知识,三极管,基极,发射极以及集电极。
网上找到了非常有趣的资料,分享一下资料的网站:
http://www.cntronics.com/
我下面的引用出自下面的网址:
http://www.cntronics.com/art/artinfo/id/80034883
三极管有很多种表示的图片,电路原理图的形式,实物图,以及工艺结构图。下面就引用别人的图片,介绍一下一个三极管是如何生产出来的,很有趣,和印刷电路板类似,顺便也能理解什么是光刻。
平面技术NPN三极管
硅基片表面氧化,清洗硅基片,在1200°C氧气氛热处理形成氧化硅层。
涂布光敏胶,光敏胶涂覆在硅基片表面
光刻,紫光照射,没有光掩膜遮挡的区域光敏胶曝光后通过显影定影工艺被清除,露出SiO2层。
刻蚀出基区窗口,用刻蚀液将露出的SiO2层腐蚀掉,有光刻胶覆盖的区域保留下来。
硼扩散制作基区,1100℃氧气氛中硼扩散,同时生成氧化层SiO2
磷扩散制作发射区,在硼基区上,通过光刻,曝光,刻蚀,磷扩散,950℃氧气氛中磷扩散,制作N型硅发射区。
引出电极
看到引出电极,我想到在德国Fraunhofer研究所上的半导体课程,德国教授对于不同材质之间接触点真的精细到家了,微米级别的放大图片一张接着一张,不放过任何一种可能,任何一个细节,深入到每一处间隙。
下面这张图对于三极管的放大作用的解释非常形象,通过在基极加上微弱的电压,另外两端的电子通过两个被打通的PN结流动,从而实现了小电流控制大电流的效果,也就说放大。
当Vin电压为V+时,上面的N型三极管控制端有电流输入,Q3导通,于是电流从上往下通过,提供电流给负载。
经过上面的N型三极管提供电流给负载(Rload),这就叫「推」。
当Vin电压为V-时,下面的三极管有电流流出,Q4导通,有电流从上往下流过。
经过下面的P型三极管提供电流给负载(Rload),这就叫「挽」。
要理解开漏,可以先理解开集。如图,开集的意思,就是集电极C一端什么都不接,直接作为输出端口。
如果要用这种电路带一个负载,比如一个LED,必须接一个上拉电阻
开漏电路,就是把上图中的三极管换成场效应管(MOSFET)。
https://www.st.com/resource/en/reference_manual/cd00171190-stm32f101xx-stm32f102xx-stm32f103xx-stm32f105xx-and-stm32f107xx-advanced-arm-based-32-bit-mcus-stmicroelectronics.pdf
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