一组动图让你搞懂三极管的电流放大作用

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，下面就用这几个动画简单解释下为什么小电流I_b能控制大电流I_c的大小，以及放大电路的原理。

这里的三极管也叫双极型晶体管，在模电的放大电路和数电的简单逻辑电路里面都会用到。它有集电极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。图1是个NPN型的三极管：

图1：NPN型的三极管

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，如图2所示：

图２：集电结反偏时电荷分布的变化

b级会接一个大电阻R_B限制电流I_b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_c，如图3所示：

图３：电流 I_c的形成

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。如图4所示：

图４：基极电压翻倍时电荷分布的变化

由于R_B是大电阻，I_b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_c也翻倍。如图5所示：

图５：大电阻改变电子的流向

两个直流电源是可以合并到一起的，再加上小信号u_i和两个电容，就得到了放大电路，如图6a所示：

图６a：两个直流电源合并能得到放大电路

如果电阻大小合适，这个放大电路能够将小信号u_i放大成相位相反的大信号UCE，如下图6b所示：

• 红色为输入端，u_i的变化会影响U_BE，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i_B的图像
• 根据i_C=βi_B，画出i_c的图像，纵坐标从μA变成了mA
• 而输出端有U_CE=U_CC-i_CR_C，当U_CC和R_C不变时， U_CE与i_C反相

图6b：6a的放大电路能够将小信号u_i放大成相位相反的大信号UCE

最后说说这些动画的不足之处吧：

1、喇叭口一样的三极管并不是我的独创，但有些人把它比喻成水箱，这就容易让人产生一种误解，认为I_c最大，其实I_e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：EDA365电子论坛
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