三极管基极的电流为什么能控制发射极和集电极的电流？

电路城歪歪

先说结论：以(N+PN)三极管为例，P区多数载流子（空穴）浓度增加对发射极与基极之间的势垒高度进行微调，导致的发射极扩散到基极电子浓度的指数增加，从而导致放大效应的产生。
很绕口是不是？没关系，以你的聪明才智多看几遍肯定能理解。
结论中一个微调导致一个指数增加，造就了三极管诡异的放大电流的能力。
如果你还不能理解，请往下看。但我强烈建议不要往下看，好好查书，自己理解出来的才最深刻。
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在解释之前，先说说书上可能不会提的基础知识：热电子发射理论。
热电子发射，就是加热一根金属丝，金属丝中会有电子射出的现象。想象着你拿着一根蜡烛烤一根铁丝，铁丝表面有电子piupiu射出（大雾）。
那么射出的电流密度和哪些因素相关呢？
1、势垒。等于电子在金属中势能与电子在真空中势能之差的绝对值。
2、温度。
理解如下。
其理想模型可以简化成如下图。

左边蓝色部分是电子的“海洋”，而这些电子被封锁在高为h的“游泳池”中。
想象一下你该如何把游泳池中的水弄出来。你有两种方法。
1、弄个蜡烛放在游泳池底部烧烤，期待着你能把水烧沸腾，然后水就溅出来了。（温度）
2、拿个西瓜刀，把游泳池高度砍去一部分，这样水就跑出来了。（势垒）
那么，在温度确定的情况下，砍去的势垒高度与流出的水量有何关系呢?
在上述游泳池模型中，出水量与高度线性变化。
但这个关系却不能直接套用在电子中。因为电子毕竟不是水嘛。
如果蓝色表示固体中电子，在一定的温度下，势垒下降了h，那么电子的流出量不再随着高度线性变化，而是随着势垒下降指数增加。写成公式就是
J正比于exp(-kU)
J表示电流密度，U表示势垒高度，k为跟温度相关的常数。
这个结论先放在这里。
下面就要解释（N+PN）型三极管了。


仍然提前给出一个结论：集电极电流和发射极电流主要贡献来源于发射极多数载流子（电子1）的扩散所形成的电流。
仍然不建议你看论证过程。自己想出来会更好。
论证过程如下：
由于N+P结正偏，因此扩散电流占支配地位。
1、发射极的电子1克服结区势垒扩散到基极，形成发射极电流的主要部分。
2、基极的空穴1克服结区势垒扩散到发射极，形成发射极电流的次要部分。
为什么电子1所形成的电流占主要地位呢？
因为N+区多数载流子（电子）浓度要远高于P区的多数载流子（空穴）浓度，而扩散电流的大小只与载流子浓度梯度有关，很显然，电子浓度的梯度要高于空穴浓度的梯度，也就是说，很多电子1从N+区扩散到P区的同时只有少量空穴1从P区扩散到N+区。
因此，在这里为了方便定性分析，我们就认为发射极电流就是电子1的扩散造成的。

电子1扩散到P区后成了电子2，电子2也有两种去处，首先是与空穴复合，但由于P区无深能级杂质，更大的可能性是电子2扩散到PN结的空间电荷区中。
3、由于PN结反偏，电子2被结区强大的内建电场拉到集电极，漂移（注意和扩散的区别）而形成集电极电流的主要部分。
4、由于N区空穴的浓度太小，因此空穴2漂移所形成的电流是次要部分，在这里为了方便忽略不记。
因此可以得出结论：
集电极电流和发射极电流主要贡献来源于发射极多数载流子（电子1）的扩散所形成的电流。

那么三极管的放大问题是什么？
为什么基极电流会被集电极电流成倍放大？
通过上面的论述，这个问题的等效问题是：
为什么从基极注入的空穴会极大影响电子1的扩散？

或者这个等效问题可以描述成：
为什么基极加了一个正电势会极大影响电子1的扩散？
这个问题可以从（N+PN）结的能带图直观的得出答案。


问题答案已经昭然若揭了。
还记得最开始的时候我们分析电子穿越势垒，电流密度随势垒高度的关系吗？
加在基极上微小的正偏电压轻微的削底了电子1跳跃上去的势垒高度，但由于电子1穿过势垒的数量呈现指数级增加，增益效果还是这么拔群。
换言之发射极电流随着N+P结势垒的降低呈现指数增加。
而“基极加小的正偏电压”等效于“基极注入小的电流”等效于“基极注入少量空穴”，总之，这些对基极的只有一个作用：削弱N+P结的势垒高度。
从以上论述不难看出，三极管的放大系数来源于平衡时N+区的电子浓度梯度，也就是常说的，三极管放大能力只和三极管的结构相关。
最后再重复一遍结论：
以(N+PN)三极管为例，P区多数载流子（空穴）浓度增加对发射极与基极之间的势垒高度进行微调，导致的发射极扩散到基极电子浓度的指数增加，从而导致放大效应的产生。
如有错误欢迎指正！谢谢。