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5张动图带你搞懂三极管

由 cathy 提交于

三极管的电流放大作用应该算是模拟电路里面的一个难点内容，我想用这几个动画简单的解释下为什么小电流I<sub>b</sub>能控制大电流I<sub>c</sub>的大小，以及放大电路的原理。

我这里的三极管也叫双极型晶体管,模电的放大电路和数电的简单逻辑电路里面都会用到。有集电极c、基极b、发射极e、以及两个PN结：集电结和发射结。集电极面积比较大，基极厚度薄而且载流子浓度比较低。下图是个NPN型的三极管：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-02/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100017543-59…; alt=“” width="600"></center>

当发射结正偏时，电荷分布会发生变化，发射结宽度会变窄；相当于给电子打开了一扇e到b的大门

集电结反偏时，电荷分布会也发生变化，集电结宽度会变宽。相当于打开了阻碍电子从c级跑出去的大门，如下方动画所示：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-02/博客/100017543-59458-g2.gif&quot; alt=“” width="600"></center>

b级会接一个大电阻R<sub>B</sub>限制电流I<sub>b</sub>的大小，跑到b极的那些多余的电子就只好穿越集电结，形成电流I<sub>c</sub>，如下方动画所示：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-02/博客/100017543-59459-g3.gif&quot; alt=“” width="600"></center>

如果基极电压翻倍，电荷分布会继续发生变化，发射结宽度会变得更窄，这扇大门变得更宽了，将会有更多的电子跑到b级。如下方动画所示：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-02/博客/100017543-59460-g4.gif&quot; alt=“” width="600"></center>

由于R<sub>B</sub>是大电阻，I<sub>b</sub>就算翻倍了也还是很小，所以更多的电子会穿越集电结，让I<sub>c</sub>也翻倍。如下方动画所示：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-02/博客/100017543-59461-g5.gif&quot; alt=“” width="600"></center>

两个直流电源是可以合并到一起的，再加上小信号ui和两个电容，就得到了放大电路，如下图所示：

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-02/博客/100017543-59462-g6.png&quot; alt=“” width="600"></center>

如果电阻大小合适，这个放大电路能够将小信号u<sub>i</sub>放大成相位相反的大信号u<sub>CE</sub>，如下方动画所示：

红色为输入端，u<sub>i</sub>的变化会影响U<sub>BE</sub>，把发射结看成一个小电阻，红色的Q点就会沿黑线运动，然后画出iB的图像；

根据i<sub>C</sub>=β<sub>iB</sub>,画出iC的图像，纵坐标从μA变成了mA；

而输出端有U<sub>CE</sub>=U<sub>CC</sub>-I<sub>C</sub>R<sub>C</sub>，当U<sub>CC</sub>、R<sub>C</sub>不变时，U<sub>CE</sub>与I<sub>C</sub>反相。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-02/博客/100017543-59463-g7.gif&quot; alt=“” width="600"></center>

<strong>最后说说这些动画的不足之处吧：</strong>

1、喇叭口一样的三极管并不是我的独创，<a href="http://my.tv.sohu.com/us/216710422/71415175.shtml?fromvsogou=1"&gt;这个链接</a>也有，但水箱的比喻容易让人产生一种误解，认为I<sub>C</sub>最大，其实I<sub>E</sub>才是最大的电流。

2、动画里完全忽略了电子的热运动速度，那个速度远大于电压作用下电子的漂移速度。

3、在张骥博主的建议下买了本郝跃的微电子概论，才意识到我的动画里并没有体现出能级、能带、费米分布等内容。

本文转载自：<a href="http://blog.sciencenet.cn/blog-729147-1041542.html">张云科学网博客</a&gt;
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