晶体管如何放大电路中的电流?

电器工程 晶体管
2022-01-08 12:47:07

在这个视频的 2:57,据说当我们在晶体管的基极上施加一个小电流时,就会有一个大电流通过。这很好,但让我困扰的是他紧接着说的话:“如果我们现在以某种变化操纵基极电流,那么其他电流会以更高的幅度成比例地变化”

我只是不明白为什么基极电流的变化会放大通过晶体管的电流。如果我理解正确,如果我们在晶体管上施加电流,那么我们只需减小耗尽区的大小,从而使其更具导电性。然而,当我们这样做时,晶体管并没有真正放大任何信号,而是让更多的电流通过。

那么,为什么我们说晶体管在这里用作放大器呢?还是我误会了?

4个回答

我可以理解您的疑问-因为实际上晶体管不会放大基极电流。确实,集电极电流\$I_c\$与基极电流 \$I_b\$ 成正比 \ $I_c/I_b=\beta\$),但这是一种相关性。

(确实很遗憾,仍然有一些书籍和出版物声称\$I_b\$将决定\$I_c\$。然而,在晶体管级的设计和/或分析期间,我们在许多情况下可以将晶体管视为\$I_b\$将确定\$I_c\$;这是因为关系\$I_c=\beta I_b\$确实适用 - 但它是一种相关性,并不反映因果关系)。

根据Shockley 方程\ $ I_e = I_s [\mathrm {exp}(V_{be} / V_t)-1]\$因为发射极电流\$I_e\$被分成一个非常小的电流 ( \$I_b\$ ) 和一个较大的电流\$I_c\$ ( \ $I_e = I_b + I_c\$ )。


最终(总结)声明(关于一长串评论):

下面这句话单独不能解释晶体管的原理,但说明起决定作用的是VOLTAGE:

在每个导体/半导体中,电流(电荷运动)只能在电场的影响下存在。在电子电路中,这个电场是由外部电压产生的。(电场的)电压的变化导致电流的变化。当然,二极管、双极晶体管 (BJT) 和 FET 也是如此。

我认为您刚刚开始研究电子产品,因此,晶体管行为机制的原因可能非常令人生畏。它植根于电荷如何在设备内部创建的结构内工作的物理学。如果在某个时候您选择在大学攻读电子学,也许是电气工程学位课程,您最终(可能是三年级或四年级的学生)会进入名为“半导体物理学”或“固态物理学”的课程。在那里,您将深入了解正在发生的事情。

但在那之前,我敦促你做工科学生和绝大多数晶体管用户所做的事情,相信它是有效的,并专注于电路中的更高级别行为,而不是其操作的物理特性。

如果您今天真的想知道这一点,我为您的兴趣鼓掌,您可以研究许多资源,以了解半导体和最终双极晶体管的工作原理。

这是我发现可以帮助您入门的晶体管介绍文章的链接:

晶体管

以下是该文章的简短摘录:

NPN 操作

在这个视频的2:57,据说当我们向晶体管的基极施加小电流时,会通过大电流,

大集电极电流与小基极电流的比值或多或少保持恒定。它足够恒定,我们给它起了一个名字,β,或 Hfe,或“电流增益”。这是晶体管的主要定义特征,这就是晶体管的作用。如果基极电流增加或减少a_bit,则集电极电流增加或减少大约β*a_bit。这和大致等效的基极电压控制集电极电流行为,是 99% 的执业电子工程师在日常工作中使用的全部内容。

在您准备好学习完整的半导体物理课程之前,不要太担心耗尽区在做什么。了解一点故事并没有真正的帮助,足以让你担心并得出错误的结论

事实上,OP已经明白了晶体管“放大器”的赤裸裸的真相……它根本不是放大器……相反,它是一个“衰减器”。在这个阶段,OP不需要详细解释;他需要确认他的猜测。

人们认为晶体管是用于构建放大器的有源元件......但恕我直言,这不是真的。晶体管不是有源元件而是无源元件;它唯一能做的就是消散力量。因此,晶体管不是放大元件而是衰减元件。它只是一个降低电流的“电阻器”(非线性、电控但仍然是电阻器)。

真正的放大是不可能的;所以没有真正的放大器。所谓的“放大”只是一种假象,一个巧妙的把戏……而“放大器”只是我们看到更高输出功率的“魔法盒子”……但这不是放大的小输入功率。这是其他人的力量……供应源。

在模拟电子学中,我们以可能最矛盾、最荒谬和最愚蠢的方式实现了这样的“放大”——为了获得高于输入功率的输出功率,我们得到一个大电源,然后扔掉它的一部分(从零开始)到全部力量)。相比之下,在能量学上,他们做不到。

我在课堂上与我的学生一起使用这种方法来阐明放大器的模糊定义,例如“使用来自电源的电力来增加施加到其输入端子的信号幅度的电子电路”(维基百科)。例如,这里是 2004 年的一个研讨会,我们在其中讨论了晶体管“放大器”的哲学。2008 年的另一个Wikibooks 故事描述了我的学生如何在实验室中研究这种现象以重新发明 BJT 电流镜。

2013 年,我问了一个类似的ResearchGate 问题,引发了激烈的讨论。我希望它对你有用。