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Sandbox Physics

C-X1a · 小电流怎样控制大电流

晶体管偏置与输出曲线

输出电压很低时,集电极电流为什么不再跟着基极电流增加? 输出电压很低时,晶体管的两个结都正向导通,再增加基极电流,集电极电流也难按原来的倍数增加。提高输出电压,让集电结反向偏置,放大关系就恢复了。

给晶体管基极送入电流,看电子穿过薄基区。采一条输出曲线,找到饱和区与放大区的分界。

交互模型晶体管偏置与输出曲线
集电极电流00
基极发射极电压00
发射极电流00
器件功率00

合成模型采集

晶体管输出扫描

已采扫描保留生成它时的设置。

VCE/V,IC/mAV_{CE}/\mathrm V,\quad I_C/\mathrm{mA}

圆点标出这条扫描保存的工作点。改变设置后可重新采集。

物理教程

晶体管偏置与输出曲线

背景NPN 晶体管把薄的富空穴基区夹在两个富电子区之间。发射结注入电子,反向偏置的集电结把大部分电子收走。

为什么值得理解相同基极电流,在饱和区和放大区可以得到很不一样的集电极电流。扫描输出电压就能看到转折。

先抓重点

核心问题
输出电压很低时,集电极电流为什么不再跟着基极电流增加?
一句话直觉
薄基区让大部分注入电子抵达集电极;两个结都正向导通后,通常的电流增益就失效了。

核心数学模型

电流连续性

IE=IB+ICI_E=I_B+I_C

从发射极流出的电流,等于从另外两个端子流入的电流之和。

正向放大区的电流增益

IC≃βFIBI_C\simeq\beta_F I_B

这个近似要求集电结反向偏置,并远离饱和与击穿。

常见难点

一个常见误解

容易误解晶体管在任何输出电压下,都把基极电流乘以同一个倍数。

正确理解熟悉的增益关系要求集电结反向偏置。饱和时两个结都正向导通,必须把相互耦合的结电流一起求解。

动手实验

  1. 01

    先看放大区

    选“放大”,改变“基极电流”。

    你会看到: 电子流和集电极电流一起增强。
  2. 02

    降低输出电压

    选“饱和”,再缓慢提高“集电极电压”。

    你会看到: 集电极电流先经过明显拐点,再接近平台。
  3. 03

    采下输出曲线

    点“记录扫描”,比较低压拐点与高压平坦分支。

    你会看到: 扫描只改变集电极电压,保持当次基极电流和增益不变。
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