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(gè)觀點(diǎn)，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?yàn)槟ｋ姷膬?nèi)容就是發(fā)明—使用—發(fā)現(xiàn)問題—改進(jìn)—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(dòng)方向，而三極管是控制導(dǎo)線中流動(dòng)電子的多少。這也是“電子技術(shù)”的根本。理論搞明白了實(shí)驗(yàn)就簡(jiǎn)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(shí)際上是輸出回路），如果我們?cè)贑和E之間加個(gè)器件，這個(gè)器件能使電流從C端流進(jìn)并能從E端流出來，同時(shí)這個(gè)電流又能被我們控制住，那么這個(gè)器件就成功了。

為了實(shí)現(xiàn)上述要求，接下來我們就在C-E之間放一個(gè)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(huì)有電流。我們又知道，電子流動(dòng)的方向與人們定義電流的方向相反（這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)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(gè)電極（B極），在B-E之間（實(shí)際上是加在發(fā)射結(jié)上，見PN結(jié)特性）加一個(gè)正向電壓，這時(shí)發(fā)射區(qū)就會(huì)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(shí)現(xiàn)這個(gè)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(gè)收集電子的能力要比發(fā)射電子的能力強(qiáng)，它就像一個(gè)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(dāng)B極電流一定時(shí)，隨著CE電壓的增加，C極電流就不再增加了，因?yàn)锽極電流一定時(shí)，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?gòu)?qiáng)也要不到多余的電子了），這樣，這個(gè)器件就成了，可以實(shí)現(xiàn)電流從C端到E端（因?yàn)楫?dāng)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(jìn)C端的電流就等于E端流出的電流，同時(shí)這個(gè)電流又被一個(gè)BE電壓（或信號(hào)）控制，但是，三極管不是一個(gè)理想的器件，因?yàn)镃端電流不等于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(shí)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(dāng)Vbe和Ib的關(guān)系處于特性曲線的近似直線的位置時(shí)，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(huì)站在不同角度來看問題，我們從電流放大的角度來看時(shí)，剛才說過集電極電流Ic比基極電流Ib大很多，同時(shí)它們又成比例關(guān)系，因此，在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候就說成是集電極電流Ic受基極電流Ib控制。這其實(shí)是人們站的角度不同而已（從電流放大的角度來看的），其實(shí)，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(hào)模型的時(shí)候，就會(huì)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(dāng)Ib一定時(shí)（也就是Ube一定時(shí)），即使Uce增加，Ic就不變了，但是曲線有些上翹，其實(shí)這是半導(dǎo)體材料的問題。實(shí)際上，Ie是受從輸入端看進(jìn)去的發(fā)射結(jié)電壓控制的（可以參見三極管高頻小信號(hào)模型），加Uce電壓的時(shí)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?jì)算方便把這種控制折算成受Ib控制，就是因?yàn)檎f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(hào)控制的角度來看，Ic不是由Ie控制的，但是，Ic其實(shí)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(gè)背靠背二極管的話，怎么也不行。

盡管三極管不是一個(gè)理想器件，但是，它的發(fā)明已經(jīng)是具有劃時(shí)代意義了。由于它的B極還有少量電流，因?yàn)檫@個(gè)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(gè)便宜就大了，所以，后來人們發(fā)明了場(chǎng)效應(yīng)管。其實(shí)，發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)管的思想也是與三極管一樣的，就是為了用一個(gè)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(shí)，器件兩端的電流相等了。

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