我的专业是光电,有光也有电。
刚入大学,电工电子工程训练是我噩梦一般的课程,电学和电学实验我最不擅长。参加电子设计比赛,我拖了队友很大的后腿。
我想要放弃电,但是我不能。因为他太重要了。
2022.9.6: 之前写的好好笑
Transistor 三极管
三极管是一个非常重要的元件,模电数电经常与他碰面,然而他的原理我直到光电子学讲了半导体物理才明白。
首先直观地去看三极管,YouTube上有一个非常棒的视频
看完视频基本上可以对三极管有一个宏观和近微观的认识,然后可以看一下知乎的这个回答,了解一下它的微观机理
1 半导体

图中圆圈表示空穴,负号表示电子。 为热平衡状态下的费米能级。
Q:为什么N型半导体的大量电子在价带?
由于 小,随着温度升高,电子将会因为热激发作用从价带跃过带隙而进入导带。这些电子可以自由移动,称为 自由载流子 。
2 PN结

把这P和N型半导体并在一起(metallurgical contact),由于扩散作用(上边的电子浓度大,N—>P,下边的空穴浓度大,P—>N)在中间的地方形成了结区,平衡时的内建电场阻止了进一步的扩散。两个半导体的费米能级合到了一起。
2.5 二极管
歪个楼,这时可以考察一下PN结的二极管性质:在P极加正向偏压U(forward biasing),电子可以被正向偏压吸引克服内建电场的势垒从N区进入P区,进而形成电流。
另外我们会发现费米能级“撕裂”了,这时P区的每个电子都增加了 的能量,根据费米能级的物理含义(电子拥有
能量(占据该能级)的概率 为
)可以知道P区的新费米能级为
.

相反,如果加反向偏压,则会把P区的空穴和N区的电子往外赶,使内建电场(PN结厚度)增大,无电流产生,不导通。
3 NPN结:三极管
放大的原理
就像YouTube视频中说的,NPN中总有一个不导通(cb),另一个导通(eb)的原因是电子借助正向偏压克服了内建电场的势垒。
然后我们就要问了:基极电流 起到了什么作用?没有它似乎该导通(be)的还是导通,不导通(cb)的仍旧不导通。
知乎上的那篇答案说清楚了:基极电流注向中间P区注入了电子,使b和e极之间的势垒降低,从而克服势垒从发射极e进入b的电子指数上升。
由于基极b的厚度很小,跟着 回流的电子少,大部分电子加入到了中间的P区,然后从P区进入N区,由于是反向偏压,进入的电子使内建电场不断扩大(知乎答案说的“漂移”),这构成了集电极电流。
(没想通的一点是 集电极电流的部分 反向偏压 但好像电子是可以通过的

饱和
三极管的饱和现在就很好解释了:be间的势垒被减到N区所有电子都可以通过,再通电流 ,发射极到集电极的电流
也不会改变了。