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幾張動圖搞懂三極管

QuTG_CloudBrain ? 來源:云腦智庫 ? 2023-01-29 17:32 ? 次閱讀

三極管的電流放大作用應(yīng)該算是模擬電路里面的一個難點內(nèi)容,我想用這幾個動畫簡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)電的簡單邏輯電路里面都會用到。有集電極c、基極b、發(fā)射極e、以及兩個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NPN型的三極管:

c5c1248a-9752-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg

當發(fā)射結(jié)正偏時,電荷分布會發(fā)生變化,發(fā)射結(jié)寬度會變窄;相當于給電子打開了一扇e到b的大門集電結(jié)反偏時,電荷分布會也發(fā)生變化,集電結(jié)寬度會變寬。相當于打開了阻礙電子從c級跑出去的大門,如下方動畫所示:

c5e74f16-9752-11ed-bfe3-dac502259ad0.gif

b級會接一個大電阻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,如下方動畫所示:

c61aa168-9752-11ed-bfe3-dac502259ad0.gif

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

c67a944c-9752-11ed-bfe3-dac502259ad0.gif

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

c6bc2678-9752-11ed-bfe3-dac502259ad0.gif

兩個直流電源是可以合并到一起的,再加上小信號ui和兩個電容,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)計技巧。

c6f6d746-9752-11ed-bfe3-dac502259ad0.jpg

如果電阻大小合適,這個放大電路能夠?qū)⑿⌒盘杣i放大成相位相反的大信號uCE,如下方動畫所示:

紅色為輸入端,ui的變化會影響UBE,把發(fā)射結(jié)看成一個小電阻,紅色的Q點就會沿黑線運動,然后畫出iB的圖像;根據(jù)iC=βiB,畫出iC的圖像,縱坐標從μA變成了mA;而輸出端有UCE=UCC-ICRC,當UCC、RC不變時,UCE與IC反相。

c708a9da-9752-11ed-bfe3-dac502259ad0.gif

最后說說這些動畫的不足之處吧:

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

動畫里完全忽略了電子的熱運動速度,那個速度遠大于電壓作用下電子的漂移速度。

動畫里并沒有體現(xiàn)出能級、能帶、費米分布等內(nèi)容

審核編輯:湯梓紅
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原文標題:幾張動圖搞懂三極管

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