见微知著，以小“控”大的三极管（四）

2019-04-13 21:57发布

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    在此，包括之前的讨论，我们均是以时域为基础，想方设法地将三极管量化并加以讨论；     个人觉得模电课本上对于晶体管的三种连接方式的分类比较无厘头，我们始终相信，不基于实践的理论对学生而言就是耍流氓，什么共这极，共那极，当时在我学习的时候所起到的作用除了把我搞得一头雾水之外，别无他用。尽管我个人相当喜欢把简单的问题复杂化这一过程，但同样喜欢再将复杂的问题逻辑化，继续将逻辑的东西系统化。而书上对于连接方式的分类我始终看不出端倪，也许这么做便于验证基尔霍夫定律，也许他觉得这样分类才会显得更加系统，随他去吧。     我在这里提出我自己对于晶体管接法的理解，如有异议，一边玩去。     拿NPN管子来举例，我认为其连接方式只有一种，那就是把这三根线都连到该连的地方去。从这个角度来讲，还会有第二种连接方式么？至于幅频响应，暂且没研究到那个地方，不过马上就会的。我先来设想，幅频响应和课本上的三种连接方式不会有很直接的关系，和之前课本上对内建电场强弱变化和空间电荷区的响应一样，应该同样是强加因果关系。敬请期待我之后的论证。     同样的我们立足于应用来讲，我之所以会用到管子，无非两种情况，模拟电路中想用来做控制，亦或是数字电路中想用来做开关，那么，以正常人的思路来说，Uce端也就是负载端（Uce>0），不然为什么叫发射极和集电极？基极就是实现控制的单位，不然为什么叫base极？相应地，无论是截止，饱和，放大，都是取决于发射结和集电结的正反偏置，而发射结和集电结的正反偏置，是与Ub,Ue,Uc三者电位高低有直接关系的，而Uc>Ue被确定时，该管子目前所处的状态就只与Ub所处的电位有关，也就是说：Ub>Uc>Ue时，两结均正偏，为饱和状态；Uc>Ub>Ue时，发射结正偏，集电结反偏，为放大状态；Uc>Ue>Ub时，两结均反偏，为截止状态；来张图片加深下理解。          而课本上所提到的共啥共啥极的事情，均是围绕电流的控制回路和受控回路的公共端来做基础，个人认为有点舍本逐末，事实上，在应用中，这个管子一旦被生产出来，他的特性参数就已经确定了，而他一旦被我们安放到PCB板上，工程师想通过他来实现具体功能的话，也只有改变基极的电流或者电压这么一个途径。我们外加电压的不同，导致了管子内部电流的差异，来实现不同的功能，而不存在用不同的接法来选择不同的功能。     其实所谓的共射接法，集电结反偏且发射结正偏，一般情况下就是我们这里的放大状态，模拟电路中应用较广泛，很自然，不多谈；所谓的共集接法，集电结正偏而发射结反偏，也就是我们常说的射极跟随器，在我们接下来的三极管特性研究中会继续谈到，在这里我们只需要知道这种情况的应用并不广泛，与我们所要研究的三极管放大和控制功能有所区别；至于共基极接法，集电结与发射结要么一同正偏，要么一同反偏，也就是我们要在数字电路中会常用的开关功能。     再次深入到量子力学层来论证我们的推论：当Uc>Ue被确定时，该管子目前所处的状态就只与Ub所处的电位有关。     首先我们将三极管内部工作过程作为一个系统来处理，围绕着能量守恒来讨论，我们在之前对PN结的讨论中提到，外电场对整个系统的影响是通过作用于内建电场并改变其势垒来实现的。对三极管而言，当两个结均反偏的时候，外加电场的能量源源不断地转变为结区两边的相对势能，宏观体现就是两边势垒均相对增高，能量====>势能；而当两个结均正偏时，能量====>动能；发射结正偏而集电结反偏时，能量====>势能（可控）+动能，其中势能的增量是可以通过基极能级的相对偏移来控制，从而实现对剩余电流的控制。     事实上，晶体管作为一种电流控制性元件，多子和少子均参与导电，所以也常被称为双极型元件，之前我们站在理解的角度上并未将少子导电参与到我们对三极管系统的讨论中，其实质与多子导电是相同的，只不过少子导电受环境因素影响较多，比如温度，电磁辐射等人为不可控因素，所以接下来我们要探讨的就是场效应管，那么，场效应管与晶体管相比有什么改进，原理上有何异同，怎样理解场效应管更加方便我们应用呢？