站在發(fā)明者的角度來看三極管的發(fā)明和用途

我還是那個觀點，一定要站在發(fā)明者的角度來看問題，只有這樣，一切問題才都能迎刃而解。因為模電的內(nèi)容就是發(fā)明—使用—發(fā)現(xiàn)問題—改進—再發(fā)明—再使用的過程，是我們學(xué)習(xí)前人發(fā)明和使用的東西。

我們就以二極管和三極管為例，二極管是控制導(dǎo)線中電子的流動方向，而三極管是控制導(dǎo)線中流動電子的多少。這也是“電子技術(shù)”的根本。理論搞明白了實驗就簡單了。

下面主要是以三極管為例來說明導(dǎo)線中電流的控制，要想控制一根導(dǎo)線中的電流，首先要把這根導(dǎo)線斷開，斷開的兩端我們分別叫做C端和E端（C和E實際上是輸出回路），如果我們在C和E之間加個器件，這個器件能使電流從C端流進并能從E端流出來，同時這個電流又能被我們控制住，那么這個器件就成功了。

為了實現(xiàn)上述要求，接下來我們就在C-E之間放一個NPN（或PNP）結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，可是，現(xiàn)在的問題是，在這種情況下無論怎樣在C和E之間加電源 （不擊穿情況下） ，C-E這根導(dǎo)線始終都不會有電流。我們又知道，電子流動的方向與人們定義電流的方向相反（這是因為當時人們以為電線里流過的是電流），所以，我們將中間半導(dǎo)體引出一個電極（B極），在B-E之間（實際上是加在發(fā)射結(jié)上，見PN結(jié)特性）加一個正向電壓，這時發(fā)射區(qū)就會向基區(qū)發(fā)射電子從而形成E極流出的電流，但是，要想實現(xiàn)這個電流是從C端入、從E端出，則必須要把發(fā)射區(qū)發(fā)射的這些電子都收集到C極去，這樣我們需要在C和E之間加正向電壓，使集電結(jié)處于反向擊穿狀態(tài)，使電子能順利收集到C極，這個收集電子的能力要比發(fā)射電子的能力強，它就像一個大口袋，你發(fā)射區(qū)發(fā)射多少我就收多少（這樣就能理解三極管輸出特性曲線了，當B極電流一定時，隨著CE電壓的增加，C極電流就不再增加了，因為B極電流一定時，發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子數(shù)量就一定了，你收集的能力再強也要不到多余的電子了），這樣，這個器件就成了，可以實現(xiàn)電流從C端到E端（因為當初我假設(shè)它們之間是被我斷開的導(dǎo)線兩端），最理想的是流進C端的電流就等于E端流出的電流，同時這個電流又被一個BE電壓（或信號）控制，但是，三極管不是一個理想的器件，因為C端電流不等于E端電流，有一部分電流流過B極，我們盡量使C端電流等于E端電流，所以，這就是為什么在工藝上要使基區(qū)濃度要低而且還要薄，同時集電結(jié)的面積還要大的根本原因。

談一談Ic受Ib控制的問題：

通過前面的敘述，我們已經(jīng)知道發(fā)射極電流Ie受發(fā)射結(jié)電壓控制，由于我們采取了工藝上的措施，使得集電極電流Ic近似等于發(fā)射極電流Ie，這樣就可以說集電極電流Ic受發(fā)射結(jié)電壓控制。我們又從三極管輸入特性曲線可知，當Vbe和Ib的關(guān)系處于特性曲線的近似直線的位置時，基極電流Ib與發(fā)射結(jié)電壓就成線性關(guān)系，這樣，可以說集電極電流Ic與基極電流Ib就成比例關(guān)系。往往我們會站在不同角度來看問題，我們從電流放大的角度來看時，剛才說過集電極電流Ic比基極電流Ib大很多，同時它們又成比例關(guān)系，因此，在進行計算的時候就說成是集電極電流Ic受基極電流Ib控制。這其實是人們站的角度不同而已（從電流放大的角度來看的），其實，集電極電流Ic還是由發(fā)射結(jié)電壓控制的，等到了高頻小信號模型的時候，就會說集電極電流受發(fā)射結(jié)電壓控制了。

Uce電壓的作用是收集電子的，它的大小不能決定Ic的大小，從三極管輸出特性曲線可以看到，當Ib一定時（也就是Ube一定時），即使Uce增加，Ic就不變了，但是曲線有些上翹，其實這是半導(dǎo)體材料的問題。實際上，Ie是受從輸入端看進去的發(fā)射結(jié)電壓控制的（可以參見三極管高頻小信號模型），加Uce電壓的時候發(fā)射結(jié)已經(jīng)處于導(dǎo)通了，它的影響不在發(fā)射結(jié)而在集電結(jié)，加Uce電壓是為了讓Ic基本等于Ie，所以說Ic受發(fā)射結(jié)電壓控制，人們?yōu)榱擞嬎惴奖惆堰@種控制折算成受Ib控制，就是因為說成這樣，使得人們不太容易理解三極管工作的原理。

從輸出回路受輸入回路信號控制的角度來看，Ic不是由Ie控制的，但是，Ic其實是由Ie帶來的，所以，也可以說Ic受Ie影響的，這也得受三極管制造工藝影響，如果拿兩個背靠背二極管的話，怎么也不行。

盡管三極管不是一個理想器件，但是，它的發(fā)明已經(jīng)是具有劃時代意義了。由于它的B極還有少量電流，因為這個電流的存在意味著輸入回路有耗能，如果我不耗能就能控制住你輸出回路的電流，那這個便宜就大了，所以，后來人們發(fā)明了場效應(yīng)管。其實，發(fā)明場效應(yīng)管的思想也是與三極管一樣的，就是為了用一個電壓來控制導(dǎo)線中的電流，只是這回輸入回路幾乎不耗能了，同時，器件兩端的電流相等了。

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