为什么将BJT视为“电流控制”？

使用BJT，我们可以使用Vin（从图中）控制基本电流。为什么当改变电压可以控制流过集电极的电流时教科书为何指出BJT受电流控制？

在上面的电路中，Vin控制着流向基极的电流，而不是控制晶体管本身的基极和发射极两端的电压降。

当Vin> 0.7时，Vbe两端的压降将始终保持在0.7V左右；R1两端的多余电压将下降。

通过更改Vin，实际上可以根据以下公式控制流向基极的电流：

前言

让我们从一个小的离题开始：是什么使发电机成为电流发电机而不是电压发电机？看一下VI特性：电压恒定的一个（在IV平面中几乎水平）将被称为电压发生器，电流最大恒定的一个（VI平面中几乎水平）将被称为电流发生器。

（图片来自“电子教程”网站）

这是因为“重音”是恒定的量（提供的电压或电流-而其他量根据负载和发电机的柔度而可变）。（注1）

在受控设备中，重音是可变的。给定指数输入特性，使Vbe几乎保持恒定，您希望将其视为控制变量。这是误差传播的直接结果：当您具有陡峭的函数时，几乎恒定量x的小误差将变成变化很大的量q的大得多的误差（反之亦然）。

图片取自“错误分析简介”，Taylor进行了变形以适应目的

最重要的是，区分10 e 40 uA（1至4的比率）比分离0.65和0.67 V（1至1.03的比率）更容易。（请注意一些不太灵活的想法：就像我在此编辑之前使用的更极端的值一样，这些值是由一些值组成的，这些值旨在显示您希望视为控制变量的可识别变化（当前输入基数）之间的对比。以及基极和发射极之间电压的微小变化）。

最简单的事情

您可以通过采用BJT的最简单模型将其推到极限来了解为什么将其称为电流控制，如Chua，Desoer和Kuh在其“线性和非线性电路”中所示：在以下图片中，所有二极管都是理想的（阈值电压为零，串联电阻也为零；当反向偏置时，它们是完美的开路，而在正向偏置时，它们是完美的短路）。

E0将阈值电压添加到输入特性，而晶体管的作用由ic = beta * ib表示。注意电流控制电流发生器。这是对应的输入和输出特性

很简单，对吧？您可以将它们与实际特征进行比较，然后看到它们类似于它们。这很简单，这是一个合法的模型，可用于对电路进行建模，通过更改ib（由于该模型是固定的，因此无法更改此模型中的Vbe）来更改Ic的值。您可以看到如何通过将输入特性与输入负载线相交来改变ib

通过更改E1（不是BJT的一部分），您可以更改ib（BJT的一部分）。然后，您可以找到与ib的值相对应的ic值，选择相应的输出特性，并通过与输出负载线相交找到电压。

有人会在座位上大喊：“ 什么？您正在使用Beta来设计一种放大器，将其用于关键任务核应用的全球生产？而且，您认为Beta来自何处？而且，您不知道Beta只要看看它可以多达九十九个gazillions％的变化？ “

关键是对于给定的晶体管，您具有合理定义的β值（您可以预先测量它，因此，如果生产批次显示可耻的分散无关紧要），并且如果您没有漂移太远，则可以合理地忽略它随其他电气参数的变化。请注意，这是一个简化的模型，它不对β随温度，电流甚至头发颜色的变化建模。它是一种简化的模型，可以捕捉晶体管作用的要点，其方式与《电子艺术》中有时被人“病的“晶体管人”一样。

您可以从该模型中找到晶体管的截止频率吗？不。您能用这种模型解释早期效应吗？不。您可以用该模型解释BE结的差分电阻吗？不。您能解释由于辐射产生的电荷对吗？不。您能解释第二场量化和时空弯曲吗？不。

这是否意味着该模型完全没有用？不。该模型的极其简化的行为说明了为什么许多教科书都指出BJT受电流控制。实际输入特性类似于该垂直线，您只能改变ib而不改变vbe，其值被认为是固定的。（这就是为什么我在这个答案的开头做那个题外话的原因）。

您可能需要比较Mosfet的最简单模型：Chua的151页也有一个模型。

如您所见，栅极电流是固定的（对于整车而言为零），这是BJT中显示的条件的双重条件：VI输入特性为水平。您在这里拥有的唯一控件是通过vgs。这是否意味着我们正在否定隧道效应的存在？不，这只是一个模型。除其他事项外，简化模型没有考虑隧道效应，但仍然设法说明了为什么在MOSFET中您作用于栅极-源极电压。

到目前为止，我们已经了解了如何将ib和ic之间的（简化）关系看作是通过ib（通过beta）控制ic的方法。但是我们也可以使用alpha，为什么不呢？让我逐字引用另一本考虑BJT电流控制装置的教科书：Eisberg和Resnick着，“原子，分子，固体，核和粒子的量子物理2e”。474（在第475页上显示了通用的基本配置）：

晶体管作用的基本思想是发射极电路中的电流控制集电极电路中的电流。超过90％的电流通过发射极，因此电流大小相似。但是，基极-集电极两端的电压可能比发射极-基极连接两端的电压大得多，因为前者是反向偏置的，因此集电极电路中的功率输出可能比发射极电路中的功率输入大得多。 。因此，该晶体管用作功率放大器。

两位先生是否忘记了量子力学在固体能带理论中的作用？他们是否没有听说过量子统计？他们甚至知道什么是洞吗（更不用说温度系数了）？他们能忘记施加电压会改变由于价带和导带引起的能级分布吗？我不这么认为。他们只是选择了一种更简单的模型来解释人们如何解释所谓的晶体管动作。

艺术家布鲁诺·穆纳里（Bruno Munari）曾经说过：“ 复杂化是简单的，简化是复杂的。...每个人都可以复杂化。只有少数人可以简化 ”。Chua，Desoer，Kuh，Eisberg和Resnick等人选择简化。

首先谁在基地打球？

现在，回到（几乎）真正的晶体管。这是我在Google图片搜索后想到的第一个vbe字符：

邓诺（Dunno）是真实的，但看起来似乎很合理。这里要注意的是，当ib发生很大的变化（百分数）时，vbe的变化相对较小，只有很少的百分数。这是由于BE结的指数关系。假设您要使用此BJT在奇数天产生10 mA，在偶数天产生15 mA。您有一个德国实验室测量手中的特定晶体管的beta，在感兴趣的范围内得出250。假设您有一个电流和电压发生器，其精度为10％。

当前控件：您可以使用ic = beta ib来查找必须设置的ib值。ic的10和15 mA的标称值要求ib的标称值为40 e 60 uA。给定电流发生器的精度，您将期望在输入和输出中看到以下电流范围：

ib = 36-44 uA-> ic = 9-11毫安ib = 54-66 uA-> ic = 13.5-16.5毫安

电压控制：您不相信beta，因此必须指定产生vbe的电压。在上面的图表上阅读它（但是您必须接受可怕的ic = beta ib关系）。我猜您将不得不使用Ebers-Moll模型来将值计算为ic的所需值。但是，假设我们确定它恰好是0.65V和0.67V（就像上面我为beta使用的精确值一样），当我们尝试设置这些精确值时，我们制造的10％精确度的中国发电机将提供以下电压范围

0.585-0.715 V->返回Ebers-Moll以计算ic ...太糟糕了，不确定性将被指数化...

0.603-0.737 V->不，请稍等，然后计算...

……似乎我们已经在提供的电压范围内有一个叠加：我们可能无法区分偶数天和奇数天。

我认为最好采用电流基极作为控制集电极电流的一种方法。

使用电流控制，即使我允许beta的测量值有10％的误差，我仍然（勉强但仍然）可以找出对应于奇数和奇数的两个电流范围（8.10-12.10 mA与12.15-18.15 mA）。双数日。

使用电压控制时，如果您在计算出的电压值（或从图表中读取）上加上10％的误差（并且我很慷慨，因为该误差将被放大），那么您已经迷失了不确定性。这是基本的错误传播理论。

中场休息

这篇文章很花时间，我会再回来添加更多内容。让我谈谈您可能目睹的宗教战争问题。这是怎么回事？

晶体管是固态器件，其内部工作需要使用量子物理学定律来解释。给定固体中电子载流子能级的能带结构，很自然地诉诸能级来描述这些设备的内部工作原理。能量和势能彼此密切相关，因此大多数模型倾向于表达与势能（差）有关的相关量。我写的原因

注意：Ebers-Moll模型中显示的对Vbe的依赖性并不意味着因果关系。以这种方式编写方程式更为简单。没有人禁止您使用逆函数。

电压和电流也密切相关：它们是努力流排序的耦合量，因此基本上没有一个就没有另一个。不过，这是一件微妙的事情，我想人们也应该考虑产生电压差的含义。它不是通过移动电荷（通过电池中的电化学反应，通过机械发电机中的电磁相互作用）产生的。我怀疑最终所有设备基本上都是受电荷控制的：您将电荷从此处移到那里并获得一定效果。

我怀疑“电压控制”十字军是在假设“电流控制”对战者已经在Forrest Mims的书中学习了电子学，而从未看过量子物理学，固态或半导体器件的书。他们似乎忽略了控制变量的含义，因为人们选择设置变量来激活控件。我希望Eisberg＆Resnick（两位“坚实的”物理学家，如果您允许我说双关语）的话会告诉他们事实并非如此。

注意（1）理想的发生器曲线就是：理想。尝试描绘从理想的电压生成器到理想的电流生成器的过渡过程，先经过良好，平均和糟糕的电压生成器，再经过糟糕，平均和良好的电流生成器。

$I_C=\beta I_B$

在进行小信号分析（例如，使用混合pi模式 l 的放大器）时，将其视为电压控制电流源更为有用。

当您评估开关应用时，这两种方法都不是特别有用，因为基极电流将足够高，集电极电流由外部电路而不是由晶体管特性决定（第一个在某种程度上有助于确保这种情况的存在）。

BJT不受电流控制，但实际上，它的行为是这样的。在更精确的BJT模型下，例如Ebers-Moll，集电极电流不是基极电流的函数，而是基极电压的函数（$V_{BE}$

其他答案对BJT是电压控制还是电流控制还是两者均表达了意见。在我的回答中，我想解决的是：

什么时候改变电压可以控制流过集电极的电流？

考虑以下替代电路：

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

这难道不是显而易见的是

和

从而基极电流控制流过集电极的电流？

$I_B$$V_{BE}$$V_{BE}$$I_B$。

所以不，这并不明显，你的榜样，该BJT是电压控制。

附录：关于“独立式” BJT的集电极电流是否基本受控制的问题，评论中有很多论点$v_{BE}$$i_B$

类似地，可以通过使用电压源控制基极-发射极电压来确认可以控制集电极电流。

无论如何，几个用户已强烈表示他们的立场是BJT集电极电流为明确的电压控制，并且暗示其他情况已经白白了。

自从我学习固态物理学以来已经有一段时间了，所以我决定查阅我的EE教科书库。我上架的第一本教科书是《固态电子设备》，第三版。

以下是第7.2.2节的详尽报价：

$i_C$$i_B$

$i_C$$i_E$$i_B$$i_C$。

$i_B$

$\tau_t$$W_b$$L_p$$\tau_p$

$\tau_p$$\tau_p$$\tau_t$$\frac{\tau_p}{\tau_t}$

$$\frac{i_C}{i_B} = \beta = \frac{\tau_p}{\tau_t}$$

$\gamma = 1$

$(i_B)$$i_B$

现在，我几乎可以肯定的是，那些稳固在电压控制阵营中的人将像坚决在电流控制阵营中的人那样，将其解释为对自己立场的确认。因此，我将只保留它。让吠叫开始...

$V_{in}$$I_{B}$$I_{B} = V_{in}/ R_1$$I_C = \beta \cdot I_B$。

$V_{in}$$I_C$$R_1$$R_1$$V_{in}$。

也许一个例子可以更好地解释它。想象一下，我开车，速度取决于我加油的力度和持续的时间。但是我不想受到任何罚款，所以我一直尊重速度限制。现在，您可以说：

他们为什么说汽车由油门踏板控制，而实际上它们的速度取决于上面涂有数字的扁平金属物体？

因此，您的发言在这种特殊情况下是正确的，但这并没有改变以下事实：汽车根本不在乎周围环境中的扁平金属物体。

如果您将Vin设为常数，将R1设为变量，您会说BJT是电阻控制的设备吗？

在您的设置中，您似乎可以控制电压并观察到它能够影响集电极电流。用它来证明该电路的电流是电压受控的是合理的，但是说这意味着所有BJT都是电压受控的是不合理的。

您必须区分整个系统和系统中的某个组件，即使它是最有趣的组件，甚至是看上去唯一有趣的组件。

我认为将BJT电流与MOSFET进行比较时称为BJT电流控制是有意义的。

MOSFET有一个栅极，栅极上的电压越高（基本上不吸收电流），来自漏极->源极的电导就越高。因此，这是一个电压控制设备。

或者，

BJT有一个基地。从集电极到发射极的电导越高，基极电流越大。

作为一个实际的例子，它真正突出了区别：

• 快闪记忆体

这种存储器拓扑不可能用BJT实现，因为传导需要恒定的基极电流。 在MOSFET中，电荷可以注入绝缘栅中。如果注入它们，它们将停留在那里，并使MOSFET始终保持导通状态。可以检测到该电导（如果没有注入电荷，则没有电导），并用于读取存储的位状态。

到目前为止，我数了10个答案和很多评论。再一次，我了解到BJT是电压还是电流控制的问题似乎是一个宗教问题。恐怕，发问者（“ 为什么教科书说BJT受电流控制 ”）会因为有太多不同的答案而感到困惑。有些是正确的，有些是完全错误的。因此，为了发问者的利益，我喜欢总结和澄清这种情况。

1）我永远不会理解以下现象：没有唯一的证据可以证明BJT的集电极电流Ic将由基本电流Ib控制/确定。然而，仍然有一些人（甚至是工程师！），他们一次又一次地重复说BJT（在他们看来）将受到电流控制。但是他们只会重复此断言而没有任何证据-不会感到惊讶，因为没有证据也没有验证。

唯一的“调整”始终是简单关系Ic = beta x Ib。但是，这种等式永远无法告诉我们有关因果的任何信息。不仅如此，他们忘记/忽略了最初如何推导该方程式：Ic = alpha x Ie和Ie = Ic + Ib。因此，Ib只是Ie的一小部分，仅此而已。（巴里·吉尔伯特（Barrie Gilbert）：基本电流只是一个“缺陷”）。

2）相反，有许多可观察到的效果和电路特性清楚地显示和证明BJT是电压控制的。我认为，每个知道简单pn二极管如何工作的人也应该认识到扩散电压是什么，以及外部电压如何降低pn结这种基本特性的势垒效应。

我们必须在相应的端子上施加适当的电压，以允许电流通过耗尽区。该电压（分别是对应的电场）是唯一可传递带电载流子运动力的量，我们称之为电流！是否有任何理由使基极-发射极pn结的行为完全不同（并且不对电压做出反应）？

根据要求，我可以列出至少10个效果和电路特性，这些效果和电路特性只能通过电压控制来解释。为什么这些观察经常被忽略？

3）发问者提出了一个电路，值得补充。我们知道，运算放大器（无疑是电压驱动的）可以作为电流输入电压输出放大器（跨阻放大器）进行接线。这意味着：我们始终必须区分“裸”放大器单元的属性和带有附加部件的完整电路。

对于当前情况，这意味着：BJT作为独立部分是电压驱动的-但是，从整个电路（带有电阻器R1）来看，如果R1远大于BJT，则可以将整个装置视为电流驱动电路BE路径的输入电阻。在这种情况下，我们有一个由电压Vin驱动的分压器。

隐含地有两个问题：
1.为什么可以将其视为“电流控制的”，以及
2.为什么将BJT 视为“电流控制的” 是方便的。

第一个问题。从数学上讲，该设备在参数空间上施加了两个方程式，其中包括两个电压和两个电流（一个可以增加温度，一些与时间相关的因素可以解决瞬态效应，但不会改变方程式的数量）。该系统可以等效地以不同形式表示。不同于FET，其中，开/关模式不会在栅极电流不同，在BJT在某些移任何控制变化结果在两者的电压和电流的平面上。每架飞机都有两个自由度。因此，我们可以将两个电压或两个电流视为独立变量。或者说$V_{\mathrm{BC}}$ 和 $I_{\mathrm E}$，其他参数取决于它们。没有不同。

第二个问题。根据常识，将这样的参数作为控制是合理的，这些参数的微小变化会导致操作模式发生较大（但可预测）的变化。此外，控制晶体管大部分或全部发生在前向有源区中，这对其增益有用。最明显的候选参数是 $V_{\mathrm{BE}}$ 和 $I_{\mathrm B}$，其微小变化（在正向偏置的B–E中）会导致收集器特性的巨大变化。但是影响$V_{\mathrm{BE}}$ 是高度非线性的，而（对于固定 $V_{\mathrm{BC}} \approx V_{\mathrm{EC}}$）BJT中的电流取决于 $I_{\mathrm B}$几乎是线性的。就这样。

集电极电流，按照定义/物理性质，是基本电流（隐含地是负载电流需求）的函数。BJT的控制公式为$I_C = \beta \cdot I_B$。哪里$\beta$ 是收益， $I_B$ 是通过BE结的电流，并且 $I_C$ 是通过CE结的（最大）电流。

实际上，作为二极管正向电压降的特征，基极电压（即，相对于GND在基极端子处测得的电压）或多或少是一个常数（至少处于饱和状态）。