三极管的动画

人之所以能够产生类似万有引力或相对论的思想结果，原因在于洞察——一种透过现象看本质，两由两去（由此及彼……去伪存真），脱离苹果和光的本身属性而形成某种之外的关系，正如看画听音乐时的状态：画外之意和弦外之音才是价值，画音中的事物只是导火索、线索，激发、唤醒、涌现、放大出了其他的似是而非、似非而是的模式识别（有点像三极管），这种对事物无关相关化的模式识别中的模式是一种态与势混合的情景，其中的识别是一种感与知融合的看作（see as）/意识，深度的态势感知就是一种洞察性的模式识别、情景意识，其中既有发现也有发明。

     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，我想用这几个动画简单的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。

我这里的三极管也叫双极型晶体管,模电的放大电路和数电的简单逻辑电路里面都会用到。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。下图是个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，如下方动画所示：

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，如下方动画所示：

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。如下方动画所示：

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。如下方动画所示：

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，如下图所示：

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u_CE，如下方动画所示：

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、R_C不变时，U_CE与I_C反相。

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，这个链接也有，但水箱的比喻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本郝跃的微电子概论，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。

本文来自张云科学网博客:
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