幾張動(dòng)圖搞懂三極管

三極管的電流放大作用應(yīng)該算是模擬電路里面的一個(gè)難點(diǎn)內(nèi)容，我想用這幾個(gè)動(dòng)畫簡(jiǎn)單的解釋下為什么小電流Ib能控制大電流Ic的大小，以及放大電路的原理。

    我這里的三極管也叫雙極型晶體管,模電的放大電路和數(shù)電的簡(jiǎn)單邏輯電路里面都會(huì)用到。有集電極c、基極b、發(fā)射極e、以及兩個(gè)PN結(jié)：集電結(jié)和發(fā)射結(jié)。集電極面積比較大，基極厚度薄而且載流子濃度比較低。下圖是個(gè)NPN型的三極管：

    當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏時(shí)，電荷分布會(huì)發(fā)生變化，發(fā)射結(jié)寬度會(huì)變窄；相當(dāng)于給電子打開了一扇e到b的大門集電結(jié)反偏時(shí)，電荷分布會(huì)也發(fā)生變化，集電結(jié)寬度會(huì)變寬。相當(dāng)于打開了阻礙電子從c級(jí)跑出去的大門，如下方動(dòng)畫所示：

    b級(jí)會(huì)接一個(gè)大電阻RB限制電流Ib的大小，跑到b極的那些多余的電子就只好穿越集電結(jié)，形成電流Ic，如下方動(dòng)畫所示：

    如果基極電壓翻倍，電荷分布會(huì)繼續(xù)發(fā)生變化，發(fā)射結(jié)寬度會(huì)變得更窄，這扇大門變得更寬了，將會(huì)有更多的電子跑到b級(jí)。如下方動(dòng)畫所示：

    由于RB是大電阻，Ib就算翻倍了也還是很小，所以更多的電子會(huì)穿越集電結(jié)，讓Ic也翻倍。如下方動(dòng)畫所示：

    兩個(gè)直流電源是可以合并到一起的，再加上小信號(hào)ui和兩個(gè)電容，就得到了放大電路，如下圖所示。相關(guān)文章推薦：三極管放大電路設(shè)計(jì)技巧。

    如果電阻大小合適，這個(gè)放大電路能夠?qū)⑿⌒盘?hào)ui放大成相位相反的大信號(hào)uCE，如下方動(dòng)畫所示：

    紅色為輸入端，ui的變化會(huì)影響UBE，把發(fā)射結(jié)看成一個(gè)小電阻，紅色的Q點(diǎn)就會(huì)沿黑線運(yùn)動(dòng)，然后畫出iB的圖像；根據(jù)iC=βiB,畫出iC的圖像，縱坐標(biāo)從μA變成了mA；而輸出端有UCE=UCC-ICRC，當(dāng)UCC、RC不變時(shí)，UCE與IC反相。

    最后說說這些動(dòng)畫的不足之處吧：

• 喇叭口一樣的三極管并不是我的獨(dú)創(chuàng)，但水箱的比喻容易讓人產(chǎn)生一種誤解，認(rèn)為IC最大，其實(shí)IE才是最大的電流。

• 動(dòng)畫里完全忽略了電子的熱運(yùn)動(dòng)速度，那個(gè)速度遠(yuǎn)大于電壓作用下電子的漂移速度。

• 動(dòng)畫里并沒有體現(xiàn)出能級(jí)、能帶、費(fèi)米分布等內(nèi)容。