晶体管简介与工作原理
单结晶体管工作原理
单结晶体管工作原理引言概述：单结晶体管是一种重要的电子器件，其工作原理是通过控制电场或者电流来实现信号的放大、开关和调制。
本文将详细介绍单结晶体管的工作原理，并分别从导电性、控制电场和电流、信号放大、开关和调制等几个方面进行阐述。
一、导电性1.1 材料选择：单结晶体管通常采用半导体材料，如硅、锗等。
这些材料具有较高的电导率和较小的禁带宽度，能够在一定条件下实现导电。
1.2 能带结构：单结晶体管的导电性与其能带结构密切相关。
在半导体材料中，价带和导带之间存在禁带，惟独通过施加电场或者电流，使得电子跃迁至导带，才干实现导电。
1.3 杂质掺杂：通过掺入少量的杂质，可以改变单结晶体管的导电性质。
N型材料中掺入五价元素，如磷，可以增加自由电子的浓度；P型材料中掺入三价元素，如硼，可以增加空穴的浓度。
二、控制电场和电流2.1 门电极：单结晶体管中的门电极用于控制电场或者电流。
当施加正向电压时，门电极与半导体材料之间形成电场，改变材料的导电性质。
2.2 管道：单结晶体管中的管道是电流的通道。
当门电极施加正向电压时，管道中的电子或者空穴受到电场的作用，从而改变导电性。
2.3 极化：通过控制门电极的电压，可以调节单结晶体管的导通与截止状态。
当门电极施加适当电压时，使得电子或者空穴能够流动，实现信号的放大或者开关操作。
三、信号放大3.1 放大器结构：单结晶体管可以作为放大器使用，其结构普通由三个电极组成：发射极、基极和集电极。
通过控制基极电流，可以实现对输入信号的放大。
3.2 放大原理：当输入信号施加到基极时，通过控制电流或者电场，可以调节集电极电流的大小，从而放大输入信号。
3.3 放大倍数：单结晶体管的放大倍数取决于其结构和工作状态。
通常可以通过控制基极电流或者电压来调节放大倍数。
四、开关和调制4.1 开关特性：单结晶体管具有优秀的开关特性，可以实现高速开关操作。
通过控制门电极的电压，可以使单结晶体管在导通和截止状态之间切换。
晶体管和场效应管
晶体管和场效应管晶体管和场效应管是现代电子技术中使用广泛的两种重要元件。
它们在电路中发挥着非常重要的作用，促进了电子设备的不断发展和进步。
本文将对晶体管和场效应管进行详细介绍，包括它们的结构、工作原理以及应用领域。
一、晶体管晶体管是一种半导体器件，由三个不同掺杂的层级组成，分别是基底、发射区和集电区。
晶体管的结构决定了它具有放大和开关两种基本功能。
1. 结构晶体管由两种材料构成，一种是N型半导体，另一种是P型半导体。
晶体管的三个层级——发射区、集电区和基底分别对应着NPN和PNP的结构。
发射区和集电区之间夹着一个非掺杂的绝缘材料，称为垫片。
2. 工作原理当在发射区施加一个正向电压时，由于PN结的压降，使得PN接触的区域形成开路。
而一旦发射区施加的电压大于某一阈值，PN接触区域就会呈现导电状态，电子可以从发射区跨过PN结，流入集电区。
这样一来，晶体管就可以实现电流放大的功能。
晶体管的工作过程可以分为三个阶段：放大阶段、切换阶段和截断阶段。
在放大阶段，晶体管的发射区电流和集电区电流的比值决定了信号的放大倍数；在切换阶段，发射区电流不足以跨过PN结的电压并形成导电状态，导致晶体管切换到关断状态；在截断阶段，晶体管实际上是一个开关，完全截断了电流的流动。
3. 应用领域晶体管的广泛应用领域包括电子通讯、计算机、音频和视频设备等。
晶体管的小体积、低功耗以及可靠性等优点使得它成为现代电子产品中的关键元件。
二、场效应管场效应管是另一种重要的半导体器件，通过电场控制电载流子的通道，从而实现对电流的控制。
与晶体管相比，场效应管具有更高的输入阻抗和更低的功耗。
1. 结构场效应管由多层不同掺杂的半导体材料构成。
通常包括掺杂浓度较高的汇集区、控制区和栅极。
2. 工作原理场效应管的工作原理是基于阻挡层控制电流的流动。
通过施加栅极电压，可以改变阻挡层的电场，从而调节通道中的载流子数量。
当栅极电压为0时，阻挡层完全堵塞了载流子的通道，电流无法通过；而当栅极电压发生变化时，阻挡层会减弱或消失，允许电流通过。
单结晶体管工作原理
单结晶体管工作原理单结晶体管是一种常见的电子器件，广泛应用于集成电路和电子设备中。
它是一种半导体器件，由单个晶体材料制成，具有优异的电子性能和稳定性。
本文将详细介绍单结晶体管的工作原理。
一、结构组成单结晶体管由三个主要部分组成：基底、源极和栅极。
基底是单晶硅材料，它提供了整个器件的机械支撑和电流传输的通道。
源极是与基底相连的区域，它负责控制电流的注入和排出。
栅极是位于源极和基底之间的绝缘层，它通过控制栅极电压来控制源极和基底之间的电流流动。
二、工作原理当单结晶体管处于关闭状态时，栅极和基底之间的电压为零，此时源极和基底之间的电流无法流动。
当栅极施加正向电压时，栅极和基底之间形成电场，使得基底中的电子被吸引到栅极附近。
由于栅极和基底之间的绝缘层的存在，电子无法通过绝缘层流向源极，因此电流无法形成。
当栅极施加负向电压时，栅极和基底之间的电场被抑制，电子无法被吸引到栅极附近，此时源极和基底之间的电流仍然无法形成。
当栅极施加适当的正向电压时，栅极和基底之间的电场被适度放大，使得基底中的电子能够克服绝缘层的阻挡，从而流向源极。
这样就形成了从源极到基底的电流，也称为漏极电流。
栅极电压的大小决定了漏极电流的大小，从而控制了单结晶体管的工作状态。
三、特性与应用单结晶体管具有以下特点和应用：1. 高频特性：由于单结晶体管的尺寸小且结构简单，使得它具有较高的工作频率和响应速度。
因此，它广泛应用于无线通信、雷达、微波等高频电子设备中。
2. 低功耗：单结晶体管的工作电流较低，使得它具有较低的功耗特性。
这使得它适用于便携式电子设备和低功耗电路。
3. 可靠性：单结晶体管由单个晶体材料制成，具有较高的稳定性和可靠性。
它能够在广泛的温度范围内工作，并且不易受到外界干扰。
4. 集成度高：单结晶体管可以通过微细加工技术实现高度集成，从而在小尺寸芯片上实现复杂的电路功能。
这使得它成为现代集成电路的重要组成部分。
总结：单结晶体管是一种重要的电子器件，具有优异的电子性能和稳定性。
mos晶体管的工作原理
mos晶体管的工作原理
MOS（金属-氧化物-半导体）晶体管是一种常用的半导体器件，其工作原理如下：
1. 构造：MOS晶体管由一块p型或n型的半导体基片，上面
涂覆一层绝缘层（通常是二氧化硅），再加上一层金属栅极组成。
2. 构成型式：根据栅极与基片之间的电势关系，可以分为两种型态：N型MOS（nMOS）和P型MOS（pMOS）。
3. 漂移区：半导体基片上的一部分被称为漂移区，其掺杂类型与栅极类型相反。
4. 在一定的偏置情况下，MOS晶体管可以表现出三种工作状态：截止状态、线性放大状态和饱和状态。
5. 工作原理：在截止状态下，栅极与基片之间的电荷屏蔽了基片与漂移区之间的电流流动，此时MOS晶体管处于关断状态；在线性放大状态下，栅极上的电压决定了漂移区中的电荷密度，进而控制了漂移区与基片之间的电流流动；在饱和状态下，栅极上的电压已经无法进一步改变漂移区中的电荷密度，此时MOS晶体管以最大电流饱和流动。
6. 管控效应：MOS晶体管的工作原理依赖于栅极电场控制漂
移区的输运特性。
当栅极电场改变时，可改变漂移区的电荷密度，从而改变MOS晶体管的导通特性。
总之，MOS晶体管通过改变栅极电场控制漂移区的载流子浓度，实现了对电流的控制，从而实现电压放大和开关控制的功能。
晶体管和集成电路的工作原理
晶体管和集成电路的工作原理晶体管和集成电路是现代电子技术的重要组成部分，它们在现代社会中扮演着重要的角色。
晶体管作为一种非常小巧而高效的电子元件，被广泛应用在计算机、通信、医疗、娱乐等领域；而集成电路则将大量的晶体管集成在一块硅片上，实现了更加高度集成化的电子产品。
本文将详细探究晶体管和集成电路的工作原理。
1. 晶体管的工作原理晶体管是一种半导体器件，由三个不同掺杂的材料构成，即N型半导体、P型半导体和绝缘层。
它的主要任务是放大和开关信号。
晶体管的工作原理涉及到PN结和电场效应。
当才带正向电压到达PN结时，N型半导体的自由电子将从N区域流向P区域，形成电子流。
流动的电子流将克服P区域与N区域的不同掺杂产生的气隙，形成电流。
当才带反向电压到达PN结时，P型半导体的空穴将从P区域流向N区域，而N型半导体的自由电子将被吸引到P区域，形成一个电子亏损区域和一个空穴亏损区域，即空间电荷区。
这个区域阻碍了电流的流动。
当才带正向电压到达PN结时，晶体管处于导通状态，允许电流通过。
而在才带反向电压到达PN结时，晶体管则处于截止状态，不允许电流通过。
通过在晶体管的控制端施加适当的电压，可以控制晶体管的导通与截止。
这一特点使得晶体管可以作为电子开关来使用。
2. 集成电路的工作原理集成电路是将大量晶体管集成在一块硅片上，并连接成特定的电路功能。
它的工作原理基于晶体管的特性，通过不同晶体管之间的连接与控制，实现了更复杂的电路功能。
集成电路中最基本的单元是逻辑门。
逻辑门根据输入信号的逻辑关系产生输出信号。
常用的逻辑门包括与门、或门、非门等。
这些逻辑门通过晶体管的导通和截止来实现。
例如，与门是最简单的逻辑门之一。
它由两个输入端和一个输出端组成。
当两个输入端同时为高电平时，输出端才为高电平；否则输出端为低电平。
这个逻辑关系可以通过晶体管的控制来实现。
当输入电压为高电平时，晶体管导通，使输出电压为高电平；当输入电压为低电平时，晶体管截止，使输出电压为低电平。
npn晶体管电流方向
npn晶体管电流方向以npn晶体管电流方向为标题，我们来探讨一下npn晶体管的工作原理和电流流向。
一、npn晶体管简介npn晶体管是一种三层结构的双极型晶体管，由两个n型半导体材料夹着一个p型半导体材料组成。
其中，p型材料称为基区，两个n型材料分别称为发射极和集电极。
npn晶体管是一种放大器和开关元件，广泛应用于电子设备中。
二、npn晶体管的工作原理npn晶体管的工作原理基于三个区域之间的电子流动和电荷控制。
在正常工作状态下，发射极与集电极之间的电流流动主要由两个电流组成：发射极电流（IE）和集电极电流（IC）。
1. 发射极电流（IE）发射极电流是由基区注入电子造成的电流。
当基区与发射极之间施加正向电压时，发射极电流开始流动。
这是因为基区与发射极之间的pn结形成正向偏置，使得在基区中的电子被注入到发射极。
发射极电流的方向是从发射极流向基区，标记为IE。
2. 集电极电流（IC）集电极电流是由基区与集电极之间的电子流动引起的。
当集电极与基区之间施加正向电压时，集电极电流开始流动。
这是因为基区与集电极之间的pn结形成正向偏置，使得在基区中的电子被吸引到集电极。
集电极电流的方向是从集电极流向基区，标记为IC。
三、npn晶体管的电流流向根据上述的工作原理，npn晶体管的电流流向如下：1. IE的流向：发射极电流IE的流向是从发射极流向基区。
这是由于发射极与基区之间的pn结形成正向偏置，使得电子从发射极注入到基区。
因此，IE的流向是从发射极向基区。
2. IC的流向：集电极电流IC的流向是从集电极流向基区。
这是由于集电极与基区之间的pn结形成正向偏置，使得电子从基区被吸引到集电极。
因此，IC的流向是从集电极向基区。
npn晶体管的电流流向是IE从发射极流向基区，IC从集电极流向基区。
四、总结本文探讨了npn晶体管的工作原理和电流流向。
npn晶体管是一种重要的电子元件，其工作原理基于发射极电流和集电极电流的流动。
什么是晶体管的工作原理
什么是晶体管的工作原理晶体管是一种用于放大和控制电流的电子器件。
它是现代电子技术中最重要的组成部分之一，广泛应用于计算机、通信设备、音频放大器等众多领域。
晶体管的工作原理基于半导体材料的特性，通过控制电场或电压来改变电流的流动情况，从而实现信号放大和电路控制的功能。
晶体管的工作原理可以简单概括为三种基本模式：截止区、放大区和饱和区。
下面将详细介绍晶体管的工作原理及其具体过程。
一、截止区在晶体管中，当输入信号的电压较低时，晶体管处于截止区，不会有电流流过。
这是因为当晶体管的基极（B）与发射极（E）之间的电压低于截止电压时，晶体管的集电极（C）与发射极之间的接触会被截断，电流无法通过晶体管。
二、放大区当输入信号的电压逐渐增大，超过截止电压之后，晶体管进入放大区。
在放大区，晶体管的集电极与发射极之间的接触被建立起来，电流开始流过晶体管。
此时，输入信号的电压变化将导致晶体管中的电流放大。
在放大区工作时，晶体管的放大倍数由其特定的参数决定，如转移特性、放大倍数等。
晶体管的放大作用使得微弱的输入信号能够通过晶体管放大为较大的输出信号。
这是晶体管在电子设备中被广泛应用的重要原因之一。
三、饱和区当输入信号的电压继续增大，超过饱和电压时，晶体管进入饱和区。
在饱和区，晶体管的集电极与发射极之间的接触处于完全导通状态，电流达到最大。
此时，无论输入信号的电压如何变化，晶体管的输出电流都达到了最大值，不再发生变化。
饱和区的特性使得晶体管能够用于开关电路的控制。
通过控制输入信号的高低电平，可以在晶体管上实现开关的闭合和断开。
这种特性在数字电子电路、逻辑门电路等方面起到了至关重要的作用。
综上所述，晶体管的工作原理是基于半导体材料的特性，在不同的工作区域实现电流的放大和控制。
截止区、放大区和饱和区的划分取决于输入信号的电压大小。
晶体管广泛应用于各个领域，为现代电子技术的发展做出了巨大贡献。
通过深入理解晶体管的工作原理，我们能够更好地应用晶体管，进一步推动电子技术的发展。
晶体管的工作原理
晶体管的工作原理晶体管是一种半导体电子器件，广泛应用于电子技术领域。
它是由三个掺杂不同种类的半导体材料构成的，主要包括N型半导体、P型半导体和P-N结。
晶体管的工作原理是基于控制电流的传递和放大作用，并可以通过控制输入信号的变化来实现电子开关和放大电路。
1. P-N 结晶体管内部的P-N结起到关键的作用。
P-N结是由P型半导体和N型半导体材料的结合而形成的。
N型半导体中掺杂有额外的电子，被称为自由电子；P型半导体中掺杂有额外的空穴，被称为正空穴。
在P-N结的界面，自由电子和空穴会发生复合，形成一个细小而薄弱的耗尽区。
2. 基本结构晶体管主要由三个层状的半导体材料组成，分别是发射区（Emitter）、基区（Base）和集电区（Collector）。
发射区是N型半导体，集电区是N型半导体，而基区是P型半导体。
集电区与发射区之间的P-N结被称为发射结，发射结与基区之间的P-N结被称为集电结。
3. 工作原理晶体管的工作过程可以分为放大和开关两种模式。
（1）放大模式：当晶体管工作在放大模式时，可将输入信号的弱电流放大为输出信号的强电流。
当输入信号通过发射结进入基区时，如果发射区的电压高于基区，发射结就会被打开，大量的电子就会进入基区。
这些电子会被吸引到集电区，形成一个电子流，由发射区到集电区，从而实现电流的放大。
（2）开关模式：当晶体管工作在开关模式时，可根据输入电流的变化来控制电路的开关状态。
当输入信号通过发射结进入基区时，如果发射结的电压低于基区，发射结就会被关闭，此时基区没有电流通过，晶体管处于关闭状态。
如果发射结的电压高于基区，发射结就会被打开，电流可以通过晶体管的集电区和发射区，使其处于导通状态。
4. 工作参数晶体管的工作参数包括放大倍数、截止频率和饱和电流。
放大倍数指的是输入信号与输出信号的电流比值；截止频率指的是晶体管能够放大信号的最高频率；饱和电流是指晶体管在饱和状态下通过集电极和发射极的电流。
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集电区少子空 穴向基区漂移 基区少子电子向 集电区漂移 少子漂移形成反 向饱和电流ICBO
IE
N
P
N
IC
c
e
ICBO
U BE
b
U CB
IB
RE
VEE
VCC
RC
e. 集电区、基区少子相互漂移
晶体管的电流分配关系动画演示
IE
N
P
N
IC
c
e
ICBO
U BE
b
U CB
IB
定义
IC IE
iC/ mA
4 3
100 μ A 80
饱和区
60
2
放大区
40 20 0
(3) 截止区
a. IB≈0 b. IC≈0
1 0 2 4 6 8
uCE/ V
2.1.4 晶体管的主要电参数 1. 直流参数 (1) 共基极直流电流放大系数
(2) 共射极直流电流放大系数 (3) 集电极——基极间反向饱和电流ICBO (4) 集电极——发射极间反向饱和电流ICEO
N型半导体(电子型半导体)
在硅或锗晶体（四价）中掺 入少量的五价元素磷，使自 由电子浓度大大增加。
磷原子
+4 +4
+5
+4
多子(Majority)：自由电子(Free Electron)
---由掺杂形成，取决于掺杂浓度
多余电子
少子(Minority)：空
穴(Hole)
---由热激发形成，取决于温度。
2. 交流参数 (1) 共基极交流电流放大系数α (2) 共射极交流电流放大系数β
一般情况
0.95 ~ 0.995
20 ~ 200
一般可以认为
，
3. 极限参数 (1) 集电极开路时发射极——基极间反向击穿 电压U(BR)EBO (2) 发射极开路时集电极——基极间反向击穿 电压U(BR)CBO (3) 基极开路时集电极——发射极间反向击穿 电压U(BR)CEO
(4) 集电极最大允许电流ICM
(5) 集电极最大允许功率耗散PCM 晶体管的安全工作区
iC ICM 等功耗线PC=PCM =uCE×iC
不安全区
O
U (BR)CEO
uCE
三极管和运放器放大原理的区别
• 1、运放是输入到元器件内，既可以输出某 个倍数的输出 • 2、三极管则是通过像水龙头的阀门一样通 过Ib控制Ic，两者是不相干的两个电路
5
PN结及其单向导电性
一、 PN结的形成
多子扩散
少子漂移
因浓度差多子的扩散运动形成空间电荷区空间电荷区形成内电场内
电场促使少子漂移内电场阻止多子扩散多子的扩散和少子的漂移达到动态
平衡形成PN结
6
• PN结建立在N型和P型半导体的结合处，由于扩散运动， 使空穴和电子复合后形成不能移动的负离子和正离子状态。 • PN结称为 ---空间电荷区（无电压状态下正负离子在里面） – 耗尽层（P区和N区的电子空穴发生中和） – 阻挡层（PN结反向不导通） • PN结很窄（几个到几十个 m)。
场效应管
• 场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写 (FET)）简称场效应管。 • 由多数载流子参与导电，也称为单极型晶 体管。它属于电压控制型半导体器件。
场效应管的分类
• 场效应管分结型、绝缘栅型两大类。 • 结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名， 绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它 电极完全绝缘而得名。
DZ
二、伏安特性（在一定电流内稳定电压）：I
-
+
稳压值
稳压 误差 UZ
IZ IZ IZmax
UZ
曲线越 U 陡，电 压越稳 定。
13
+Байду номын сангаас
双极型晶体管
• 晶体管的类型
NPN型 PNP型
• Bipolar Junction Transistor------BJT 集电极 C 集电极 C • 简称晶体管或三极管 • 晶体管的作用 P N B N – 电流控制和电流放大 P B 基极 基极 P – 开关作用 N E
(1) 发射区小，掺杂浓度高。
B
E 发射区
基区 集电区
C (2) 集电区面积大。 (3) 基区掺杂浓度很低，且很薄。
晶体管的工作原理（以NPN型管为例） 依据两个PN结的偏置情况 放大状态 饱和状态 晶体管的工作状态 截止状态
倒置状态
晶体管共基极接法 原理图
IE
e
电路图
N
c
N
P
IC
IE
T
IC
发射极
E
发射极
14
一、晶体管的结构和符号
小功率管
中功率管
大功率管
掺杂浓度高 掺杂浓度很 低，且很薄
面积大
15
发射极E(e)
发射结JE
集电结JC
集电极C(c)
发射区
基区
集电区
N
NPN型晶体管 结构示意图
P
基极B(b)
N
发射极E(e)
发射结JE
集电结JC
集电极C(c)
发射区
基区
集电区
N
P
基极B(b)
U BE
IB RE V EE
U CB
–
U BE
+
VEE
b
–
IB
VCC
U CB
+
RC
RE
VCC
RC
(1) 电流关系
IE
N
P
N
e
c
U BE
b
U CB
RE
VEE
VCC
RC
发射区向基区扩散电子 a. 发射区向基区扩散电子
形成发射极电流IE
称扩散到基区的发射 区多子为非平衡少子
IE
I CBO 0
RE
VEE
VCC
RC
称为共基极直流电流放大系数
晶体管共射极接法 原理图
IE
电路图
P
N
N
IC
c ICBO
e
IB
IC
RC VCC
U BE
RB
b
VBB
VCC
IB
U CE
RC
U CB
T U CE RB U BE IE VBB
放大系数
定义
IE
N
P
N
IC
c ICBO
• 对于场效应管，在 栅极没有电压时， 由前面分析可知， 在源极与漏极之间 不会有电流流过， 此时场效应管处与 截止状态（右1图）。
• 当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时， 由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电 子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使 得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（右2图）， 从而形成电流，使源极和漏极之间导通。我们也可以 想像为两个N型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立 相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥的大小由栅压 的大小决定。
N
C(c) T B (b) E(e)
NPN型晶体管符号
2. PNP型晶体管结构示意图和符号
发射区
基区
集电区
C(c)
E(e)
P
JE
N
JC B(b)
P
C(c) T E(e)
结构示意图
B (b)
符号
3. 晶体管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件） B E 发射区 基区 集电区 C
平面型晶 体管的结 构示意图
U(BR)
反向特性
0
u
按指数规律快 速增加
|u|↑>UBR， －反向击穿
u<0， i≈-IS，恒定不变
反向漏电流
11
E
D 20℃
1.正向特性
死区电压UT：正向电压超过某一数值后，才有 明显的正向电流。
i
硅：UT=0.5V；锗：UT=0.1V
UBR
IS
正向导通电压U范围： 硅：0.6~0.8V（计算时取0.7V），U=0.7
双极性晶体管的三个极，分别由N型跟P型组成发射极（Emitter）、基极(Base) 和集电极（Collector）; 场效应晶体管的三个极，分别是源极（Source）、栅极（Gate）和漏极 （Drain）。 晶体管因为有三种极性，所以也有三种的使用方式，分别是发射极接地（又称 共射放大）、基极接地（又称共基放大）和集电极接地（又称共集放大）。
e
IC IB
I CBO 0
U BE
RB
b
VBB
VCC
IB
U CE
RC
U CB
为共射极直流电流 放大系数
2．共射极输出特性
iC/ mA
输出特性曲线
4 3
60
iB =
100 μ A 80
iB
iC
饱和区
uBE
2 1 0 2
放大区
uCE iE
40 20 0
4
6
8 u /V CE
7
因此
半导体中有 两种电流 漂移电流(Drift Current)：由载流子的漂移运动形 成的电流
漂移运动：由电 场力引起的载流 子定向运动
扩散运动：由于 载流子浓度不均 匀（浓度梯度） 造成的运动