晶体管电路设计 第三贴

李俊韬

今天我们来谈谈书上的第1.2小结，晶体管和FET的工作原理。一提到三极管大家马上会说：“哦！我知道这个，它能放大，可以把很小的声音放大成很大的声音。”

      同样许多人会认为，三极管的放大功能，就象我们平时包饺子抻面皮一样，把一个小小的面团变成一个和原先形状一样但个头大了很大的面皮，难道三极管真的有一种神秘的力量能够把一个很小的电压或电流象抻面皮一样把它给拉高拉长变大么？就象下图一样？

      事实真的是这样的么？这是我们今天所要澄清的一个重要问题。我们再来看看另一幅图，这才是真正的晶体管和FET的放大原理。

      从这幅图上，我们看到输入信号（电压或电流）在进入晶管体后，拐了一个弯，从发射极（源极）跑掉了？而同时在集电极（漏极）出现了一个幅度要大很多的信号。发现什么没有？从这个图上我们可以很清晰的看到，小幅度的信号是输入信号，大幅度的信号是输出信号，而且这两个信号看起来除了形状一模一样以外，好象并没有产生什么交集。

      既然这样，那个大一些的输出信号是从哪里来的呢？不是由输入的信号“嗖”的一下被三极管变大的么？好吧，我来举个例子：假如你，对就是你是学校的团委书记（等同于三极管或FET），站在操场上，手里拿着一张“入团宣誓”（等同于输入信号），站在你对面的是全校所有要入团的准团员们。然后，你看了眼手中的纸，说：“我宣誓”，然后会发生什么呢？当然不会冷场，因为这是一个很严肃的场合（三极管和FET要有合适的工作条件），下面会有很大声的回应，“我宣誓”。

      看！一样的三个字，和你纸上写的一模一样，但是不是音量变大了很多？（）这算是一个最原始的扩音机吧！）你能说是你把声音变大了么？或者应该更准确的说是你（三极管或FET）把纸上的文字（输入信号），通过控制操场上的同学也可以说是操场上同学所具有的能量（电源），变成更大声的回应（输出信号）。

     

      好的，例子就到这里，如果你理解了，你可以举出更多的例子，那么我们总结一下三极管的放大原理。用两个字来概括就是“控制”，控制什么呢？当然是控制能量。这里所指的能量是什么呢?从哪来来的呢？根据能量守恒定律，能量不能无缘无故的增加，也不能无缘无故的减少，那么信号变大的能量是哪里来的呢？再回头看看上面那幅图，在集电极（漏极）的上面连接着某个东西。看到没有，对了就是电源。输出信号的能量来源就是来自于电源。就象是复制一样，从电源里得到能量，来复制出一个和输入信号形状一样，但大小不同的输出信号。

      到了这里，我又想起一个例子，我曾经自己做过月饼，其实做月饼很简单，按说明和好面和馅，去买一个模子，把面和馅放在模子里，然后扣出来，好了一个月饼出来了（当然还要烤），上面可以有你喜欢的花纹和文字，然后，我想做一个大的，但是模子的花纹和文字我很喜欢，不想改，这时你肯定会说：“你需要一个大的模子”。不错，我又买了一个更大的模子，同样把面和馅放在模子里做出一个更大的月饼。看吧！这两个月饼形状一样，花纹和文字一样，仅仅是个头不一样。

      同样很明显，这一大一小两个月饼的组成来源不一样，一个是少量的面团和馅，一个是更多的面团和馅。大个的月饼并没有侵占小个月饼的原料，而是从面盆里重新拿出来的。所以输入还是输入，输出就是输出，它们的能量来源不一样，三极管FET所起的做用就是“控制”，这里又强调了一次控制，三极管的作用就是告诉能量源（电源）该按照什么样的模板来输出能量。

      好了，“放大”其实就是这样。

      那么，晶体管和FET在放大的过程中是如何来工作的呢？既然是通过输入信号来控制输出信号，那么三极管和FET又是怎样把输入信号一点一点的变化告诉给电源让它正确的输出一模一样的输出信号呢？看下面的图：

      三极管是通过流过它BE结的电流，也就是流过基极和发射极的电流（输入信号的电流）来做模板，控制从电源出发流过集电极和发射极的电流的。注意这里说的是电流，有很多人经常说给三极管一个电压，那么会输出一个更大的电压，这样说没错。但是在更深层次上，外围电路会将这个信号电压转换成同比例的流过三极管的电流（Ib），也就是基极电流，以这个电流为模板，对流过集电极-发射极的电流进行控制或者说复制，得到更大的电流（Ic），然后通过集电极电阻（Rc）将其转换成电压Uc=Ic×Rc。那么Uc就是输出信号（Uo）了吗？还不是，这个Uc是集电极负载也就是Rc上的电压，还要用Vcc（电源）减去Uc才行，也就是Uo=Vcc?Uc。这里，我们实际上进行的是一个瞬态分析，其实还有更准确更科学的公式来对这个过程进行描述，考虑到本贴属于入门级课程，所以进行了大量的化简，尽量用最简单的欧姆定律来解释这些问题。感兴趣的朋友，可以找些相关的资料来看看，如果你有高数的基础，相信会很容易看得更明白。

      上面这部分内容其实有些超前了，现在想不通没关系，在后面的课程中我们还会做更详细的讨论。这里只是给大家留一个印象。

下面就是FET了。看图吧！

      注意观察，你就会发现，在代表放大器件的这个圆圈里，发生了变化，原先的“A”变成了“V”。这也就是说FET不是通过电流来控制输出信号的，它是通过电压，这时候，我们就可以说“给FET一个电压，它会输出一个更大的电压”。当然，对于FET来说它最初还是控制的电流，想要输出电压仍然象三极管一样通过漏极的电阻做一个I-V转换。

     

      最后，我们用两个例子来结束这次的课程。

      三极管的工作原理就好象是一条高速公路，公路是四车道的，这是在修公路时就定下来的事儿。但是收费站有很多收费通道，当输入信号电流小时，收费口（输入电流）只开了一个，那么同一时间通过的车子（输出电流）就少，当输入电流大时，收费口开了2个或者更多，那么同一时间通过的车子（输出电流）就多。这个过程中，高速公路本身还是四车道，并没有变化，这是在修路时就定好的事情。

      而FET呢，不能用高速公路来举例子了，FET就象一条软软的水管，当你对水管加大压力时，管道变细，流过的水（输出电流）减少，对水管减小压力时，管道比刚才粗一些，流过的水（输出电流）变多，就是这样了。其实对FET的这个例子并不是很恰当，因为在不同类型的FET上，电压的变化会反过来。但总之，你可以把FET看做一个可以受外界压力控制的水管，压力的变化影响着水管的粗细，同样就影响了输出的电流变化。如果你非要把这个问题搞明白的话，建议去找些关于“FET（场效应晶体管）的结构和原理”的书来看看，直接百度引号内的内容就可以找到很多。

      最后我们总结一下：

      三极管是通过输入的电流信号来控制输出电流的。

      FET是通过输入的电压信号来控制输出电流的。

      所以，我们叫三极管为“流控流型器件”，称FET为“压控流型器件”。